近日，我校環(huán)境與生態(tài)學(xué)院、大氣復(fù)合污染識別與控制山西省重點實驗室王建成教授帶領(lǐng)團隊在鋰-二氧化碳電池研究方向，首次基于擴層結(jié)構(gòu)和富缺陷MXene柔性電極實現(xiàn)以草酸鹽為產(chǎn)物的二電子反應(yīng)路徑，有效克服了傳統(tǒng)碳酸鹽路徑的能耗高和通道堵塞問題。相關(guān)研究成果在國際頂級期刊《Advanced Materials》上發(fā)表題為“Interlayer Expanded MXene Film Cathodes with Rich Defects for Flexible 2-Electron Oxalate-Based Li-CO₂ Batteries: A New Path to Enhanced Energy Efficiency and Durability”的研究論文。

在全球加速推進碳中和的背景下，能源存儲技術(shù)的變革正成為實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的核心驅(qū)動力。鋰-二氧化碳電池因具備高達1876 Wh/kg的理論能量密度，以及可直接利用CO₂氣體的優(yōu)勢，被認(rèn)為是下一代高能效儲能體系的理想候選。然而，該類電池在實際應(yīng)用中面臨反應(yīng)動力學(xué)緩慢、放電產(chǎn)物堆積等難題，嚴(yán)重制約了其循環(huán)穩(wěn)定性和能效表現(xiàn)。

圖1. 反應(yīng)路徑分析

為攻克上述難題，研究團隊另辟蹊徑，通過層間工程與缺陷調(diào)控，成功突破了MXene基鋰-二氧化碳電池在活性、穩(wěn)定性和柔性設(shè)計的關(guān)鍵難題，構(gòu)建了兼具高性能、長壽命與柔性鋰-二氧化碳電池的開發(fā)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，顯著拓展了MXene材料在能源存儲領(lǐng)域的應(yīng)用。結(jié)合原位表征與基于密度泛函理論計算方法深入探究電池反應(yīng)路徑及性能提升的內(nèi)在機制，顯著提升CRR/CER的可逆性并降低過電位。并首次揭示二電子反應(yīng)路徑的穩(wěn)定機制，為設(shè)計高效催化劑提供了全新的理論依據(jù)與思路。論文第一署名單位為太原理工大學(xué)，青年教師李雪蓮與碩士研究生王璇為共同第一作者。

面向未來，這一成果有望為零碳能源系統(tǒng)與柔性電子產(chǎn)業(yè)注入強勁動能，助力碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。