Multiscale Defective Interfaces for Realizing Na‐CO2 Batteries With Ultralong Lifespan

材料科学 阳极 阴极 成核 化学工程 吸附 电极 纳米技术 热力学 物理化学 化学 物理 工程类
作者
Changfan Xu,Ping Hong,Yulian Dong,Yueliang Li,Yonglong Shen,Johannes Biskupek,Huaping Zhao,Ute Kaiser,Guosheng Shao,Yong Lei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (48): e2409533-e2409533 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adma.202409533
摘要

Abstract Despite their favorable high energy density and potential for CO 2 recycling, Na‐CO 2 batteries have been held back by limitations in cycling capability, stemming from the sluggish CO 2 reduction/evolution reaction (CO 2 RR/CO 2 ER) kinetics at CO 2 cathode and unmanageable deposition/stripping of metallic Na at the anode upon cycling. Herein, a “two‐in‐one” electrode with multiscale defective FeCu interfaces (CP@FeCu) is presented, which is capable of improving the CO 2 RR/CO 2 ER kinetics of CO 2 ‐breathing cathode, while modulating sodium deposition behavior. Experimental and theoretical investigations reveal multiscale defective FeCu interfaces are responsible for the enhancement of sodiophilicity and catalytic properties. The defect and valence oscillation effects originate in multiscale defective FeCu interfaces, effectively facilitating the adsorption of reactants and decomposition of Na 2 CO 3 during CO 2 RR/CO 2 ER processes, along with exceptional cycling stability of 2400 cycles (4800 h) at 5 µA cm −2 . Meanwhile, the CP@FeCu with sodium affinity creates a uniform electric field and robust adsorption for Na, making initial nucleation sites more conducive to Na deposition and achieving dendrite‐resistant and durable anodes. This work offers a scientific insight into the functionalization design of “two‐in‐one” electrodes, which is essential for a unified solution to the challenges in sodium anodes and CO 2 cathodes.
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