稳定分级MWCNT/δ&γ-MnO2复合正极助力高性能固态Li-CO2电池开发

针对Li-CO2电池(LCBs)存在的可逆性差、极化高及液态电解质安全隐患等问题，研究人员设计了一种基于NASICON型LATP固态电解质和MWCNT/δ&γ-MnO2复合正极的全固态电池。该电池实现了35,502 mAh g-1的超高容量和1000小时稳定循环，δ-MnO2增强CO2吸附，γ-MnO2促进Li+扩散，为下一代储能技术提供新思路。

　　

随着全球对碳中和目标的迫切需求，如何高效利用二氧化碳(CO₂)成为科学界焦点。锂二氧化碳电池(LCBs)因其高达1876 Wh kg^-1的理论能量密度和CO₂转化能力备受瞩目，尤其适合火星探测等极端环境应用。然而传统LCBs面临三重困境：绝缘性Li₂CO₃副产物积累导致反应位点阻塞，液态电解质易燃易分解引发安全隐患，以及贵金属催化剂成本高昂。韩国研究人员在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究，通过创新设计MWCNT/δ&γ-MnO₂复合正极与NASICON型LATP固态电解质的协同体系，成功突破这些技术瓶颈。

研究团队采用简易水热法合成MWCNT/δ&γ-MnO₂复合材料，通过FESEM、HRTEM确认其100-200 nm花状结构；利用XRD、XPS验证δ-MnO₂与γ-MnO₂相共存；采用电化学阻抗谱(EIS)评估界面阻抗；通过恒流充放电测试循环稳定性。

材料表征
HRTEM显示δ-MnO₂的层状结构与γ-MnO₂的隧道结构共存，XPS证实Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化还原对的保留。这种独特结构使δ相提供CO₂吸附位点（比表面积达247 m² g^-1），γ相加速Li⁺扩散（离子电导率1.2×10^-3 S cm^-1）。

电化学性能
在100 mA g^-1电流密度下，电池实现创纪录的35,502 mAh g^-1容量，极化电压差较传统MWCNT阴极降低62%。原位拉曼证实Li₂CO₃的可逆生成/分解，循环后XRD显示催化剂结构完整性保持率达98%。

结论与意义
该研究通过精准调控MnO₂晶相分布，首次阐明δ相主导CO₂吸附、γ相负责Li⁺传输的协同机制。LATP电解质的高密度微观结构（孔隙率<5%）有效抑制锂枝晶，其3.8 V宽电化学窗口超越液态电解质极限。这项工作为开发安全、高效的空间用储能设备提供新范式，同时为地球环境中的碳捕获与利用(CCU)技术开辟新路径。