Subsurface Electron Trap Enabled Long‐Cycling Oxalate‐Based Li‐CO 2 Battery

材料科学 草酸盐 亚稳态 氧化还原 化学工程 分解 电池(电) 纳米技术 原子轨道 电子 化学物理 无机化学 冶金 热力学 化学 物理 工程类 功率(物理) 有机化学 量子力学
作者
Yuchun Liu,Tianqi Liu,Xinyun Wang,Jing Zhang,Xingwu Zhai,Tianchen Wei,Qianqi Shi,Chengjie Lu,Huan Yan,Yujian Xia,Weiren Cheng,Min Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (39): e2507871-e2507871 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202507871
摘要

Abstract Li‐CO₂ batteries promise ultrahigh theoretical energy densities but face efficiency limitations owing to the sluggish decomposition of stable Li 2 CO 3 . Redirecting the redox pathway toward Li 2 C 2 O 4 overcomes this challenge, but its metastability leads to facile conversion to Li 2 CO 3 during discharge. Herein, subsurface electronic confinement is engineered in Mo‐based catalysts, leveraging electron‐deficient boron (B) as electron traps in the subsurface atomic layers to tailor their interfacial electronic landscapes. This design elevates the Mo d‐band and intensifies the hybridization between the Mo d‐orbitals and O p‐orbitals of oxalate. Strengthening the Mo‐O interaction stabilizes Li 2 C 2 O 4 against decomposition. The highly reversible and stable redox chemistry enabled by MoB results in an exceptional cycling stability and energy efficiency across a wide temperature range, with an expanded practical viability. At 70 µA cm −2 , the MoB‐based battery is cycled for >1400 h with a high energy efficiency of >85%. The energy efficiency even remains at >90% for ≈150 h at a high temperature (90 °C). This study pioneers a material design framework for use in stabilizing metastable products within Li‐CO 2 batteries, advancing their applicabilities in extreme environments, such as deep‐earth exploration, by revealing the role of subsurface charge redistribution in steering reaction pathways.
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