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雙金屬氧化還原活性配合物應用于高效鋰氧氣電池研究取得新進展

時間:2023-02-07 11:43來源:能源學人作者:Energist

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可充電非質子鋰氧氣電池(Li-O₂)具有高的理論能量密度，因此可能應用于新一代儲能技術領域。目前該類電池仍存在許多問題，如過電位大、倍率性能低和循環(huán)穩(wěn)定性差等。合理設計高效穩(wěn)定的氧還原反應(ORR)和氧析出反應(OER)催化劑是提高Li-O₂電池性能的關鍵。南京大學左景林教授、馬晶教授、何平教授等合作，在COFs材料中同時引入鎳二硫烯單元和鈷卟啉單元，構建出了ORR/OER雙功能陰極催化劑，實現了高效的Li-O₂電池性能。在500 mA g⁻¹高電流密度下，電池整體充放電電勢差降到1.0 V，并且能夠持續(xù)穩(wěn)定循環(huán)200圈，其性能接近PtAu貴金屬納米催化劑。相關工作以“Covalent Organic Frameworks with Ni–Bis(dithiolene) and Co–Porphyrin Units as Bifunctional Catalysts for Li–O₂ Batteries”為題在Science Advances (DOI:10.1126/sciadv.adf2398)上發(fā)表。

【文章亮點】

鎳二硫烯(NiS4)可看作四硫富瓦烯(TTF)的無機類似物。基于NiS₄和TTF結構和性能的相似性，合成出了雙金屬氧化還原金屬配合物材料Ni-TAPP-Co.

圖1 雙金屬氧化還原金屬配合物設計思路

在500 mA g⁻¹高電流密度下，Ni-TAPP-Co在Li-O₂電池中表現出了良好的ORR/OER催化性能，將電池整體充放電電勢差降到1.0 V，并且能夠持續(xù)穩(wěn)定循環(huán)200圈，性能接近PtAu貴金屬納米催化劑。

圖2 不同COF材料作為Li-O₂電池電極催化劑的電化學性能

密度泛函理論(DFT)和對照實驗揭示了Ni-TAPP-Co在Li-O₂電池中起到了雙功能作用。(1) Ni和Co位點具有OER/ORR作用；(2) Ni和Co位點能夠誘導Li₂O₂沉積。

圖3 電池反應的產物表征

圖4 DFT計算

【總結】

雙金屬氧化還原金屬配合物具有豐富的ORR/OER活性位點，多孔結構以及良好的網絡形貌，展現了高效的Li-O₂電池性能。密度泛函理論(DFT)和對照實驗揭示了Ni和Co位點在降低放電/充電過電位和調節(jié)Li₂O₂沉積中的起到了關鍵作用。以上結果拓展了金屬配合物材料在儲能方面的應用研究。

(責任編輯：子蕊)

文章標簽：鋰氧氣電池

作者：Energist ，如若轉載，請注明出處：http://www.www.astra-soft.com/qianyan//2023020741239.html

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