Oxygen‐Mediated Isotropic Lithium Diffusion on Electrocatalyst Surface for Efficient Li–CO 2 Batteries

电催化剂 材料科学 扩散 锂(药物) 电化学 各向同性 化学工程 成核 纳米技术 析氧 电池(电) 表面扩散 化学物理 阴极 阳极 吸附 氧气 溶解 碳纤维 离子电导率 纳米颗粒 表面工程 表面改性 千分尺
作者
Cheng Han,Chen Chen,Jing Zhang,Renjie Gui,Cai Liu,Wanqun Zhang,Jing Peng,Yongchun Zhu,Min Zhou,Wangsheng Chu,Yi Xie,Changzheng Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (5): e16149-e16149
标识
DOI:10.1002/adma.202516149
摘要

By combining renewable electricity storage with electrochemical CO2 recycling, Li-CO2 batteries offer a dual-purpose technology that is critical for carbon neutrality. However, their efficiency is severely limited by the sluggish reaction of insulating discharge products, including Li2CO3, which are dominated by Li+ diffusion and coupling process. In this study, a new type of oxygen-mediated isotropic lithium diffusion on the electrocatalyst surface is discovered, resulting in a breakthrough in dynamic rates and high-current performance in Li-CO2 batteries. Using Ru-based electrocatalysts as a proof-of-concept, the oxygen isotropic mediation brings short-range oxygen coordination as Li+ jumping channels, and long-range isotropic structures for free Li+ diffusion pathways. The electrocatalyst achieved Li+ surface diffusion at 5.0 × 10-11 cm s-1, a tenfold improvement over rates measured on conventional electrocatalysts, and directly accelerated the Li2CO3 nucleation and decomposition. The electrocatalyst-based cells demonstrated the elevated discharge and charge voltage of 2.86 and 3.76 V. This study provides guidelines for electrocatalyst design with ultrafast ion diffusion on the surface and accelerates the adoption of efficient Li-CO2 batteries.
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