既能減碳又能儲能，新型電池技術獲突破

　　近日，西安交通大學在鋰-二氧化碳電池研究領域取得新進展。研究成果發表在《先進功能材料》上。

　　實現“雙碳”目標亟需創新性碳中和技術，而二氧化碳的高效利用是關鍵突破口。鋰-二氧化碳電池以溫室氣體二氧化碳作為能源載體，理論能量密度高達1876 Wh·kg-1，兼具碳固定與儲能的雙重功能，為能源結構調整提供了新路徑。此外，在火星探測領域，該技術更具戰略意義——火星大氣富含二氧化碳（占比超過95%），若實現其電化學高效轉化，可建立“原位資源-能源”循環系統，大幅降低載人任務對地球補給的依賴，對推動深空探測的可持續發展具有深遠意義。

　　然而，當前鋰-二氧化碳電池的實際應用還面臨多重挑戰，包括高過電位、循環穩定性差、倍率性能不足以及由于放電產物Li?CO?寬帶隙特性導致的有限放電容量，CO?反應動力學遲緩進一步加劇了這些問題，因此開發高效正極催化劑勢在必行。合理的催化劑設計可加速CO?轉化動力學、降低過電位、提高能量轉換效率并增強循環穩定性，從而推動Li-CO?電池的實用化。

　　示意圖。西安交通大學供圖

　　針對上述難題，西安交通大學何雅玲院士、郗凱教授團隊攜手吉林大學徐吉靜教授提出了一種基于d-p軌道雜化調控的新型催化設計策略。通過調控過渡金屬與硫族元素間的電子耦合，顯著優化Li-CO?電池氧化還原反應動力學。研究以錳基硫族化物（MnX, X=O, S, Se）為模型體系，結合密度泛函理論（DFT）計算與實驗驗證，系統揭示了陰離子化學對電子結構及催化性能的影響規律。

　　結果發現，Mn與S之間的d-p軌道雜化作用最強，可有效提升金屬中心電子密度，降低CO?活化與Li?CO?分解能壘，從而顯著加速反應動力學。這種催化策略使Li-CO?電池在100 mA·g?1電流密度下實現了高達19782 mAh·g?1的優異放電容量，并在500 mA·g?1條件下展現出超過430圈的出色循環穩定性。

　　這項研究不僅提出了基于d-p軌道雜化調控的催化策略，有效加速了Li-CO?電池中CO?和Li?CO?的氧化還原反應動力學，也為其他金屬-二氧化碳電池的催化材料設計提供了重要思路。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202514223