第一作者：Jiaxin Li

通讯作者：彭慧胜、王兵杰

通讯单位：复旦大学

Li-CO₂电池具有很高的理论比能量并且能够在高CO₂浓度等极端环境下工作，一个很有可能的应用场景就是CO₂浓度高达96%的火星上。不过，除了CO₂浓度高以外，火星环境的另一个显著特点是平均温度低于-60℃。现存的Li- CO₂电池能够在室温或者更高的温度下高效工作，但是当温度低于0℃时它们会发生严重的性能衰减甚至完全不能工作。

有鉴于此，复旦大学彭慧胜与王兵杰等通过设计一种新型电解质体系并使用铱基正极实现了Li- CO₂电池在超低温环境下的高效工作。

图1. Li- CO₂电池体系在超低温环境工作示意图。

研究人员使用金属锂作为负极、1,3-二氧戊环（DOL）作为电解液溶剂、双三氟甲磺酰亚胺基锂（LiTFSI）作为电解质锂盐、铱包覆的气体扩散层作为正极、商品化封口膜作为正极保护层组装了新型Li- CO₂电池体系。

图2. Li- CO₂电池在低温电化学性能。

得益于DOL基电解液的超低的凝固点、高离子电导率、优异的低温电化学稳定性以及铱基正极对于CO₂还原反应和CO₂析出反应的优异催化能力等优势，该Li- CO₂电池能够在超低温环境下稳定高效地工作。

图3. Li- CO₂电池在低温条件放电产物和循环可逆形貌。

在-60℃的超低温环境下，该电池在100mA/g的电流密度下钳制每周容量为500mAh/g时其深度放电容量高达8976mAh/g且能够稳定循环超过150周，对应工作时长为1500小时。研究人员认为该电池体系在正极上易于分解的小尺寸放电产物和负极界面上显著得到抑制的界面副反应是低温下优异电化学性能的主要原因。

图4. 超低温Li- CO₂电池应用。

参考文献

Jiaxin Li et al, Li‐CO₂ Batteries Efficiently Working at Ultra‐Low Temperatures, Advanced Functional Materials, 2020

DOI: 10.1002/adfm.202001619

  https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202001619