High‐Efficiency and Stable Li−CO2 Battery Enabled by Carbon Nanotube/Carbon Nitride Heterostructured Photocathode

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作者
Jiaxin Li,Kun Zhang,Yang Zhao,Chuang Wang,Lipeng Wang,Lie Wang,Meng Liao,Lei Ye,Ye Zhang,Yue Gao,Bingjie Wang,Huisheng Peng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (4): e202114612-e202114612 被引量:92
标识
DOI:10.1002/anie.202114612
摘要

Li-CO2 batteries are explored as promising power systems to alleviate environmental issues and to implement space applications. However, sluggish cathode kinetics of CO2 reduction/evolution result in low round-trip efficiency and poor cycling stability of the fabricated energy-storage devices. Herein, we design a heterostructued photocathode comprising carbon nanotube and carbon nitride to accelerate cathode reactions of a Li-CO2 battery under illumination. Benefiting from the unique defective structure of carbon nitride and favorable interfacial charge transfer, the photocathode effectively harvests ultraviolet-visible light to generate abundant photoexcited carriers and coordinates energetic photoelectrons/holes to participate in the discharge/charge reactions, leading to efficient photo-energy utilization in decreasing reaction barriers and enhancing thermodynamic reversibility of Li-CO2 battery. The resulting battery delivers a high round-trip efficiency of 98.8 % (ultralow voltage hysteresis of 0.04 V) and superior cycling stability (86.1 % efficiency retention after 100 cycles).
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