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?吉大/長(zhǎng)春理工AEM：基于MoS2/Pd 正極壓電催化和能帶彎曲助力Li?O2電池

氧還原（ORR）和氧催化（OER）的緩慢動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致的高過電位極大地限制了鋰-氧（Li-O₂）電池的實(shí)際應(yīng)用。采用基于新開發(fā)的壓電催化的力場(chǎng)輔助系統(tǒng)有望降低過電位。

在此，吉林大學(xué)徐吉靜，長(zhǎng)春理工大學(xué)劉萬強(qiáng)，鄭州工程技術(shù)學(xué)院王煥鋒等人首次采用MoS₂/Pd納米復(fù)合正極構(gòu)建力輔助Li-O₂電池，在超聲激活下，MoS₂壓電催化劑形成壓電極化和內(nèi)置電場(chǎng)，導(dǎo)致電子和空穴不斷分離，增強(qiáng)ORR和OER動(dòng)力學(xué)。此外，鈀的引入促進(jìn)了電子的轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步抑制了電子-空穴對(duì)的絡(luò)合，增強(qiáng)了放電產(chǎn)物分解/生成的催化活性，降低了放電/充電過電位。

因此，力輔助MoS₂/Pd基Li-O₂電池可以通過輔助超聲波調(diào)節(jié)輸出和輸入能量。實(shí)現(xiàn)了2.86 V的超低充電平臺(tái)和2.77 V的高放電平臺(tái)。通過有效地減少和分離CO₂和CO₃^2-，所提出的獨(dú)特的力輔助策略也可以應(yīng)用于Li-CO₂電池系統(tǒng)。

圖1. 電化學(xué)性能

總之，該工作提出了一種力場(chǎng)輔助策略，利用壓電催化在力場(chǎng)作用下構(gòu)建用于Li-O₂電池的MoS₂/Pd壓電催化復(fù)合正極。利用超聲激活的壓電效應(yīng)，在 MoS₂/Pd 納米復(fù)合正極中形成局部電場(chǎng)，使MoS₂的能帶傾斜，導(dǎo)致電子-空穴對(duì)的有利分離，從而增強(qiáng)Li-O₂電池中的氧還原和氧催化反應(yīng)。同時(shí)，摻雜的貴金屬Pd能進(jìn)一步促進(jìn)電荷載流子的快速分離，從而加速放電/充電過程中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，降低放電和充電過電位。

此外，根據(jù)理論計(jì)算和有限元模擬發(fā)現(xiàn)，在超聲波作用下，MoS₂/Pd 的正負(fù)電荷會(huì)分離并重新排列，有利于電子的吸附反應(yīng)。因此，基于壓電效應(yīng)和能帶彎曲而提出的力輔助Li-O₂?和Li-CO₂電池為實(shí)現(xiàn)高效的金屬-空氣電池提供了創(chuàng)新的見解。

圖2. 作用機(jī)制

A Force-Assisted Li?O2 Battery Based on Piezoelectric Catalysis and Band Bending of MoS2/Pd Cathode,?Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303215

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