Boosting the reaction kinetics in aprotic lithium-carbon dioxide batteries with unconventional phase metal nanomaterials

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作者
Jingwen Zhou,Tianshuai Wang,Lin X. Chen,Lingwen Liao,Yunhao Wang,Shibo Xi,Bo Chen,Ting Lin,Qinghua Zhang,Chenliang Ye,Xichen Zhou,Zhiqiang Guan,Li Zhai,Zhen He,Gang Wang,Juan Wang,Jin-Li Yu,Yangbo Ma,Pengyi Lu,Yuecheng Xiong,Shiyao Lu,Yi Chen,Bin Wang,Chun-Sing Lee,Jianli Cheng,Lin Gu,Tianshou Zhao,Zhanxi Fan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:119 (40) 被引量:9
标识
DOI:10.1073/pnas.2204666119
摘要

Given the high energy density and eco-friendly characteristics, lithium-carbon dioxide (Li-CO2) batteries have been considered to be a next-generation energy technology to promote carbon neutral and space exploration. However, Li-CO2 batteries suffer from sluggish reaction kinetics, causing large overpotential and poor energy efficiency. Here, we observe enhanced reaction kinetics in aprotic Li-CO2 batteries with unconventional phase 4H/face-centered cubic (fcc) iridium (Ir) nanostructures grown on gold template. Significantly, 4H/fcc Ir exhibits superior electrochemical performance over fcc Ir in facilitating the round-trip reaction kinetics of Li+-mediated CO2 reduction and evolution, achieving a low charge plateau below 3.61 V and high energy efficiency of 83.8%. Ex situ/in situ studies and theoretical calculations reveal that the boosted reaction kinetics arises from the highly reversible generation of amorphous/low-crystalline discharge products on 4H/fcc Ir via the Ir-O coupling. The demonstration of flexible Li-CO2 pouch cells with 4H/fcc Ir suggests the feasibility of using unconventional phase nanomaterials in practical scenarios.
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