Enhanced Li-ion diffusion improves N 2 -to-NH 3 current efficiency at 100 mA cm −2

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作者
Qiang Zhang,Huamin Li,Peiping Yu,Pengyu Liu,Ning Sun,Yuyi Wang,Chunlai Tu,Yiping Liu,Yan Wang,Xinyang Yue,Linlin Ma,Wen Wen,Jinyang Xu,Zhaofeng Liang,Jingyuan Ma,Fei Song,Zheng Liang,Hao Sun,Daishun Ling,Hongyan Liang
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:391 (6786): 724-729 被引量:16
标识
DOI:10.1126/science.adw5462
摘要

Electrochemical lithium (Li)–mediated nitrogen (N 2 ) reduction could enable production of ammonia (NH 3 ) at ambient temperatures and pressures, offering a route to reduce carbon emissions in the chemical sector. However, NH 3 productivity is often limited by sluggish Li-ion desolvation and diffusion at the solid electrolyte interphase (SEI). Here, we present a concerted desolvation:diffusion layered SEI architecture that provides abundant Li-ion flux for efficient N 2 conversion toward NH 3 production at high current densities. The SEI comprises stacked inorganic layers with low ion-binding affinity and high ion-conductivity functionalities that increase Li-ion flux by two orders of magnitude. This design strategy achieved N 2 electroreduction in a 2 M lithium difluoro(oxalato)borate electrolyte with a Faradaic efficiency of 98% and an energy efficiency of 21% for NH 3 production at 100 milliamperes per square centimeter (mA cm −2 ). The system sustained an 80% Faradaic efficiency over 40 hours, after which performance declined.
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