Versatile Spinel Ferrites MFe2O4 (M = Co, Zn, Ni, Cu) Enhance Dischargeability and Efficiency in Li‐CO2 Mars Batteries with Mixed Solvent Electrolytes

材料科学 电解质 化学工程 电池(电) 尖晶石 催化作用 电化学 石墨烯 储能 电极 纳米技术 化学 冶金 有机化学 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Keerti M. Naik,Ankit Kumar Chourasia,Chandra Shekhar Sharma
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202500638
摘要

Li-CO2 batteries as next-generation electrochemical energy storage devices not only potentially help reducing the greenhouse effect using CO2 for energy storage, but also offer high-energy-density (1876 Wh kg-1) secondary batteries. However, the primary challenges for this technology are the low applied current density and limited rechargeability. In this work, a rechargeable Li-CO2 Mars battery is operated in a simulated Martian atmosphere using [EMIm]+[BF4]- ionic liquid (IL) as an additive in the dimethyl sulfoxide (DMSO)-based electrolyte and a spinel MFe2O4 (M = Co, Ni, Cu, Zn) nanocomposite catalysts with conductive multiwalled carbon nanotubes support prepared by a single-step chemical co-precipitation method. The combination of the catalysts and ionic liquids enables the battery to exhibit an ultra-high discharge capacity exceeding 31346.3 mAh g-1, sustaining over 100 cycles with a cutoff capacity of 1000 mAh g-1 at a current density of 500 mA g-1. Furthermore, post-cycling studies and first-principles calculations reveal enhanced CO2 adsorption, favorable reaction toward Li2C2O4 formation, and high reversibility of the catalysts aiding toward significantly high dischargeability and long cycle life. Overall, this work contributes to the design of suitable, inexpensive, durable catalysts and novel electrolytes for Li-CO2 Mars batteries for its practicalization on Earth and beyond for Mars exploration.
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