​低至3.75 V!应化所张新波AM:多功能准均相催化剂助力Li-O2电池

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Li-O2电池由于其超高的能量密度而被认为是一种很有前途的下一代电池。然而,有限的容量、较高的电荷过电位和较短的寿命是实现其实际应用的主要障碍。常见的策略,包括引入固态催化剂(SSCs)和氧化还原介体(RMs),不足以解决这些问题。
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在此,中国科学院长春应用化学研究所张新波、黄岗等人设计了负载Ru的氨基-菲罗啉基碳化聚合物点(RuApCPDs),将固态催化剂的催化活性与RMs的迁移率结合起来,作为电解质中的准均相催化剂。研究显示,其可移动性可以确保避免活性位点的完全覆盖,催化能力通过与放电产物共沉积来降低充电过电位。
此外,RuApCPDs还可以调节Li+溶剂化结构,很好地保护高稳定性的锂金属负极。基于此,RuApCPDs的引入导致放电容量增加了5倍,充电电压低至3.75 V,运行寿命为168圈(不含RuApCPDs的79个循环)。
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图1. RuApCPDs制备及结构表征
总之,该工作开发了一种准均相催化剂,其负载的氨基-菲罗啉基碳化聚合物点(RuApCPDs)在电解质中分散良好。研究显示,RuApCPDs全面改善了锂氧电池的电化学性能,增加了放电容量,延长了寿命(168次循环,而没有RuApCPDs则为79次循环),提高了倍率容量(1000 mA g−1时4892 mAh g−1)。因此,该工作为促进锂氧电池的商业化发展提供了新思路。
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图2. 电池性能
Multifunctional Quasi-Homogeneous Catalysts as a New Catalytic Strategy to Boost the Performance of Li-O2 Batteries, Advanced Materials 2024 DOI:10.1002/adma.202413948
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