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雙金屬氧化還原活性配合物應(yīng)用于高效鋰氧氣電池研究取得新進(jìn)展

時(shí)間:2023-02-07 11:43來源:能源學(xué)人 作者:Energist
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可充電非質(zhì)子鋰氧氣電池(Li-O2)具有高的理論能量密度，因此可能應(yīng)用于新一代儲能技術(shù)領(lǐng)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(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的氧還原反應(yīng)(ORR)和氧析出反應(yīng)(OER)催化劑是提高Li-O2電池性能的關(guān)鍵。南京大學(xué)左景林教授、馬晶教授、何平教授等合作，在COFs材料中同時(shí)引入鎳二硫烯單元和鈷卟啉單元，構(gòu)建出了ORR/OER雙功能陰極催化劑，實(shí)現(xiàn)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(guān)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(diǎn)】
 
鎳二硫烯(NiS4)可看作四硫富瓦烯(TTF)的無機(jī)類似物�；贜iS4和TTF結(jié)構(gòu)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.
圖片
圖1 雙金屬氧化還原金屬配合物設(shè)計(jì)思路
 
在500 mA g−1高電流密度下，Ni-TAPP-Co在Li-O2電池中表現(xiàn)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。
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圖2 不同COF材料作為Li-O2電池電極催化劑的電化學(xué)性能
 
密度泛函理論(DFT)和對照實(shí)驗(yàn)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(diǎn)具有OER/ORR作用；(2) Ni和Co位點(diǎn)能夠誘導(dǎo)Li2O2沉積。
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圖3 電池反應(yīng)的產(chǎn)物表征
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圖4 DFT計(jì)算
 
【總結(jié)】
 
雙金屬氧化還原金屬配合物具有豐富的ORR/OER活性位點(diǎn)，多孔結(jié)構(gòu)以及良好的網(wǎng)絡(luò)形貌，展現(xiàn)了高效的Li-O2電池性能。密度泛函理論(DFT)和對照實(shí)驗(yàn)揭示了Ni和Co位點(diǎn)在降低放電/充電過電位和調(diào)節(jié)Li2O2沉積中的起到了關(guān)鍵作用。以上結(jié)果拓展了金屬配合物材料在儲能方面的應(yīng)用研究。
 

(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 鋰氧氣電池
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