双铜活性位点与耦合传输路径协同设计的全固态锂-二氧化碳电池

《Nature Communications》：An integrated cathode-electrolyte architecture with Cu dual active-sites for all-solid-state Li–CO2 batteries

　　

摘要

全固态 Li–CO₂ 电池受限于缓慢的界面 CO₂ 氧化还原动力学以及刚性固 - 固 - 气界面上绝缘 Li₂CO₃ 的不完全分解。在此，我们报告了一种集成阴极 - 电解质架构，其中铜原子团簇和单原子共同锚定在自支撑 N 掺杂碳纳米管上，并与基于琥珀腈/Li_1+xAl_yGe_2-y(PO₄)₃ 的固态电解质耦合。共形离子导电相和导电纳米管支架为阴极界面上的 Li⁺、电子和 CO₂ 提供了耦合路径。铜原子团簇与单原子之间的电子耦合诱导电荷从前者转移到后者（~0.457 e^?），使 Cu 团簇位点部分呈阳离子态，并促进碳酸盐中间体的活化。这种双位点构型改变了放电路径，并将决速步的反应能降低至 2.412 eV。组装的电池在 200 mA g^?1 下提供了 21356 mAh g^?1 的放电容量，并在 500 mA g^?1 下运行了 260 个周期（>1000 小时），能量效率为 78%。本工作通过耦合连续传输路径与电子调节的双 Cu 活性位点，为固态 Li–CO₂ 电池提供了一种界面设计策略。