實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，關(guān)鍵是實(shí)施能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。新型儲能技術(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要支撐。開發(fā)具有超高能量密度的新電池體系正在成為儲能市場競逐的“新賽道”，其關(guān)鍵在于電極材料的革新。其中，鋰-氧氣電池具有超高的理論能量密度（3500 Wh/kg），被認(rèn)為有望突破當(dāng)前能量密度的限制。
不幸的是，這種電池仍面臨著充放電極化電壓大、實(shí)際能量密度較低、循環(huán)性能較差等問題。為解決上述問題，研究人員在電催化劑中廣泛應(yīng)用路易斯堿位點(diǎn)來調(diào)節(jié)路易斯酸位點(diǎn)的性質(zhì)以達(dá)到提高鋰-氧電池性能的目的。然而，路易斯堿位點(diǎn)在鋰-氧充放電化學(xué)中的直接作用和潛在機(jī)制尚未得到闡明。
近日，成都理工大學(xué)龍劍平教授團(tuán)隊(duì)以典型的金屬有機(jī)骨架作為研究對象，通過構(gòu)建含有路易斯堿位點(diǎn)的金屬有機(jī)骨架并用作鋰-氧電池正極電催化劑，充分揭示了路易斯堿位點(diǎn)在促進(jìn)鋰-氧電池充放電化學(xué)中的關(guān)鍵機(jī)制。
DFT理論模擬計(jì)算表明路易斯堿位點(diǎn)可作為電子供體，在電池放電/充電過程中促進(jìn)O2/Li2O2的活化，并加速鋰-氧電池的反應(yīng)動力學(xué)以降低充放電極化電壓。
原位傅立葉紅外光譜與DFT理論模擬計(jì)算表明電催化劑中的路易斯堿位點(diǎn)在電池放電過程中能有效捕獲Li+，導(dǎo)致正極表面對LiO2中間體的吸附減弱，極大促進(jìn)LiO2的溶劑化過程，并最終將Li2O2的生長機(jī)制從表面吸附生長轉(zhuǎn)變?yōu)槿軇┙閷?dǎo)生長，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形Li2O2的沉積，并賦予鋰-氧電池高的放電容量。
基于路易斯堿位點(diǎn)對鋰-氧電池充放電化學(xué)中的積極作用，基于UIO-66-NH2陰極的鋰-氧電池，具有更高的放電比容量、更低的放電/充電過電位和更長的循環(huán)壽命。這項(xiàng)工作揭示了路易斯堿位點(diǎn)在鋰-氧電池充放電化學(xué)中的直接作用，對于指導(dǎo)該電池體系中路易斯酸/堿雙位點(diǎn)電催化劑的合理構(gòu)建具有重要的理論和實(shí)際意義。
論文信息
Identifying the Role of Lewis-base Sites for the Chemistry in Lithium-Oxygen Batteries
Chuan Zhao, Zhongfu Yan, Bo Zhou, Yu Pan, Dr. Anjun Hu, Miao He, Dr. Jing Liu, Prof.?Dr. Jianping Long
文章的第一作者是成都理工大學(xué)的碩士研究生趙川、閻中富和博士生周波
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202302746
