- 01 Li–CO2电池概述
Li–CO2电池组成：由锂金属阳极、非水电解质和二氧化碳阴极（由碳和粘合剂材料组成，可能含有催化剂）组成。 阴极反应区域：包括一个三相区，其中发生二氧化碳还原反应（CRR）和二氧化碳析出反应（CER），涉及气体（CO2）、液体（电解质）和固体（产物和/或催化剂）的多相界面反应。
- 02 阴极电极的挑战
放电和充电机制争议：Li–CO2电池在放电至Li2CO3和C产品时，经历了一个困难且缓慢的CRR过程，因为Li2CO3和C都是固体且在有机电解质中不溶。 缺乏高效催化剂：尽管已验证无机（如LiBr）和有机（如醌类）氧化还原介质的有效性，但仍需开发更高效、稳定的催化剂以提高电池性能。 催化剂失活：催化剂易受污染，如硫化合物，导致活性位点减少，影响电池循环寿命。
- 03 界面挑战
三相界面挑战：引入CO2气体会使界面反应复杂化，影响电池的电化学性能。 阳极-电解质界面挑战：锂金属表面形成的固体电解质界面（SEI）层在支持锂金属电池可逆循环方面起关键作用，但不受控制的SEI形成会导致不可逆容量损失。CO2气体向锂阳极的渗透会进一步加剧这些问题。
- 04 电解质挑战
溶剂问题：溶剂分子与Li+/CO2协调以促进Li+/CO2在Li–CO2电池中的运输和电化学反应。然而，溶剂会与CO2气体和锂金属发生寄生反应，持续分解形成不稳定的SEI层，且溶剂的供体数（DN）对放电过程有重大影响。 盐类问题：电解质盐对电解质的稳定性和离子电导率至关重要，但传统锂盐在Li–CO2电池中的稳定性较差，如LiPF6因不稳定而被排除。
- 05 阳极挑战
锂金属阳极的稳定化：稳定锂金属的镀/剥离过程是实现长寿命锂金属电池和Li–CO2电池的关键。
- 06 大规模Li–CO2电池的挑战
实际应用中的挑战：尽管已报道了多种可提高电化学性能的液体电解质、电催化剂和添加剂，但将Li–CO2电池应用于捕获工业排放气体仍面临挑战。
- 07 图文导读
- 08 新概念和未来展望
实用Li–CO2电池的新概念：研究重点包括设计新型功能催化剂、开发更稳定的电解质和界面工程等，以克服当前挑战并推动Li–CO2电池的实用化进程。
09 总结
文章深入探讨了Li–CO2电池在阴极电极、界面、电解质、阳极以及大规模应用方面面临的挑战，并提出了未来的研究方向和潜在解决方案。
这些挑战和前景分析对于推动Li–CO2电池的实用化进程具有重要意义。
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120001
