【引言】

二氧化碳的天津天津過度排放和能源危機是人類面臨的兩大問題。而金屬-二氧化碳電池可以同時實現二氧化碳固定/利用和能量儲存/釋放，大學大學因此引起了廣泛關注。理工利用鋰-二氧化碳電池在2014年獲得了最早的用于成功，該電池采用鋰金屬陽極和碳陰極進行二氧化碳捕集和儲存?？赡婢o接著，再充國內外學術界在開發用于金屬-CO₂電池的天津天津新型正極材料、穩定的大學大學電解質體系和Na陽極等方面取得了系列進展。但是理工利用，Li和Na都是用于高活性金屬，易與環境空氣或用于儲存/運輸電池的可逆結構金屬發生反應。因此，再充迫切需要找到化學穩定的天津天津金屬作為金屬-二氧化碳電池安全應用的陽極。已有報道Al-CO₂電化學電池可用于二氧化碳捕集/轉換，大學大學但其可逆可再充特性尚未實現。理工利用Al的化學活性相對較低，因此比Li和Na具有更高的安全性，而且具有與Li和Na（3860和1165mAh g^-1）相當的理論比容量（2978mAh g^-1）。

【成果簡介】

近日，天津理工大學的丁軼教授和羅俊教授（共同通訊作者、天津大學兼職博導）報道了一種以Al箔為陽極、以離子液體為電解質、以完全非碳的Pd包覆納米多孔金（NPG@Pd）為一體化催化劑陰極的可再充Al-CO₂電池。其陰極采用純CO₂作為活性材料。該電池在333mA g^-1的電流密度下在放電和充電平臺之間顯示出低至0.091V的電位差，因此其能量效率（EEs）高達87.7％。通過對NPG@Pd陰極和放電產物進行表征，該電池反應過程被揭示為4Al + 9CO₂?2Al₂(CO₃)₃+ 3C。在反應中，放電時CO₂在正極被還原、與鋁離子形成Al₂(CO₃)₃和C，并在充電時分解。這項工作為開發用于固定CO₂的高效、高安全性、綠色和可再充電的能源裝置提供了基礎和技術支持。相關研究成果以“Rechargeable Al–CO₂Batteries for Reversible Utilizationof CO₂”為題發表在Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖一：制備的NPG@Pd陰極的形態和結構

（a，b）NPG@Pd的低倍和高倍SEM圖像；

（c）低倍HAADF-STEM圖像和（d）相應的EDS元素分布；

（e）原子分辨的HAADF-STEM圖像和（f，g，h）相應的原子分辨EDS元素分布。

圖二：可充電Al-CO₂電池的放電/充電反應機理

（a）分別以NPG@Pd和NPG為陰極的兩個Al-CO₂電池的充放電曲線；（b-d）NPG@Pd陰極在i）初始、ii）放電、iii）充電狀態時的

（b）拉曼、（c）XPS、（d）FTIR光譜；

（e）電池放電后的NPG@Pd陰極的SEM圖像；

（f）電池放電后的NPG@Pd陰極的HAADF-STEM圖像以及相應的EDS元素分布；

（g）電池充電后的NPG@Pd陰極的SEM圖像。

圖三：可充電Al-CO₂電池的循環性能

（a）兩個分別以NPG@Pd和NPG為陰極的Al-CO₂電池在333 mA g^-1下連續放電/充電的循環圖；

（b）以NPG@Pd為陰極的Al-CO₂電池第1、2、5、10、20和30次的放電/充電循環圖。

【小結】

本文設計了一種可充電Al-CO₂電池，由鋁箔作為陽極、離子液體作為電解質、NPG@Pd作為陰極構成。其電池反應機理遵循4Al + 9CO₂?2Al₂(CO₃)₃+ 3C，實現了CO₂的可逆利用。該電池表現出可逆性，放電/充電平臺電位差低至0.091 V，能量效率（EEs）高達87.7％。NPG也被成功用作電池陰極，表明Al-CO₂電池概念的普適性。這些結果為CO₂的安全和綠色固定/利用以及下一代安全儲能/釋放系統的開發提供了有希望和有前景的方法。

文獻鏈接：“Rechargeable Al–CO₂ Batteries for Reversible Utilization of CO₂”(Adv.mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201801152)

本文由材料人編輯部學術組微觀世界編譯，論文通訊作者丁軼、羅俊修正供稿。

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