鋰-二氧化碳電池在利用溫室氣體提供電能方面擁有特殊的優(yōu)勢(shì)。然而，這些遵循Li₂CO₃產(chǎn)品路線的電池通常提供低輸出電壓（<2.5 V）和能源效率。此外，與Li₂CO₃相關(guān)的寄生反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步降低電池性能。

在此，南京大學(xué)何平、周豪慎團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種雙核銅(I)絡(luò)合物（表示為Cu(I) RM）作為L(zhǎng)i-CO₂電池的液體催化劑，并詳細(xì)研究了電池性能，包括放電電位、容量和循環(huán)性能。特別地，利用各種光譜分析技術(shù)，如拉曼和微分電化學(xué)質(zhì)譜（DEMS），探索正極放電過程中經(jīng)歷的無L_i2CO₃路徑。

圖1. 以Cu(I) RM為基礎(chǔ)的Li-CO₂電池的電解質(zhì)特性

研究表明，使用該銅(I)絡(luò)合物的Li-CO₂電池表現(xiàn)出高達(dá)3.38V的電動(dòng)電壓，3.04V的輸出電壓和5846 mAh g^-1的擴(kuò)大放電容量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他報(bào)道的Li-CO₂電池。

電化學(xué)和光譜研究清楚地揭示了涉及Cu(I) RM的Li-CO₂電池的反應(yīng)路線。首先，Cu(I) RM捕獲二氧化碳，形成橋接的Cu(II)-草酸鹽加合物；其次，形成的加合物在放電過程中被還原，形成原始的Cu(I) RM和Li₂C₂O₄產(chǎn)品；最后，Li₂C₂O₄產(chǎn)品在充電過程中被分解掉。

此外，在1000 mAh g^-1的固定容量下，Li-CO₂電池在80個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性。然后，Ru@super P催化劑被用來進(jìn)一步減少充電極化。受益于可溶性Cu(I)RM和固體Ru催化劑的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了類似于3.01V的放電電位，促進(jìn)了8058 mAh g^-1的放電容量，并顯著降低了約3.99V的充電電位。在固定的1000 mAh g^-1的比容量下，該電池在400次循環(huán)中顯示出強(qiáng)大的循環(huán)穩(wěn)定性。

這項(xiàng)研究將Li-CO₂電池的輸出電壓提高到3.0V以上，并提供了利用有效的可溶性金屬復(fù)合物進(jìn)行無Li₂CO₃放電的證據(jù)，從而為改善Li-CO₂電池的電化學(xué)性能以及推動(dòng)其實(shí)際應(yīng)用提供了一種方法。

圖2. 通過Ru催化劑優(yōu)化充電性能

Binuclear Cu complex catalysis enabling Li–CO2 battery with a high discharge voltage above 3.0?V,?Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-36276-8