Energ. Environ. Sci.：用于Li-CO2电池中高性能CO2电极的锰金属-有机框架-北极星储能网

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电化学储能(EES)技术在推动现代社会发挥重要作用。在各种EES技术中，金属-空气电池在高体积、重量、能量密度方面具有前景。在飞机，航天飞机，潜艇等密闭空间内，迫切需要高能量密度的便携式电池。在这种情况下，金属空气尤其是锂空气电池是非常有前景的。提高Li-CO2电化学的可逆性和能量效率将有助于开发存在CO2时提供稳定电源的实用锂空气电池。然而，大多数现有的电极难以有效(高放电容量)和高效(低电荷电位)地转换CO2。

【成果简介】

近日，北京理工大学王博、周俊文(共同通讯)团队首次发现金属-有机框架(MOFs)作为利用它们的高捕获能力和碳酸锂分解的单分散活性金属位点CO2电极中的多孔催化剂的潜力。具体地工作是对八种多孔MOFs，Mn2(dobdc)，Co2(dobdc)，Ni2(dobdc)，Mn(bdc)，Fe(bdc)，Cu(bdc)，Mn(C2H2N3)2，Mn(HCOO)2和两种无孔材料MnCO3和MnO进行了研究。其中，Mn2(dobdc)在50 mA g-1下达到18022 mA hg-1的显著放电容量，而Mn(HCOO)2即使在超过50次循环200 mA g-1下也能保持〜4.0 V的低电荷电位。利用一系列表征技术，包括X射线衍射，扫描电子显微镜，电化学阻抗谱，拉曼光谱和原位差示电化学质谱，研究了MOFs电极上的Li-CO2电化学行为。相关成果以题为“Carbon Dioxide in the Cage: Manganese Metal-Organic Frameworks for High Performance CO2 Electrodes in Li-CO2 Batteries”发表在了Energy & Environmental Science上。

【图文导读】

图1 配备MOF基CO2电极的Li-CO2电池的示意图

图2 晶体结构及电压曲线

(a)MnCO3，Mn(HCOO)2和Mn2(dobdc)沿一定方向的晶体结构

(b)在298K下的CO2吸附等温线

(c)在50mA g-1下截止电压为2.0V的Mn2(dobdc)，Mn(HCOO)2，MnCO3和CNT的放电电压曲线

图3 循环性能

(a)不同电流密度下不同CO2电极的平均充电电位

(b)在200mA g-1下Mn(HCOO)2电极的放电-充电循环性能

(c)Mn2(dobdc)和Mn(HCOO)2的吸附等温吸热量(Qst)随CO2吸收量的变化

图4 拉曼光谱

(a,b)(a)Ni泡沫和(b)Mn2(dobdc)@Ni在放电之前和之后的拉曼光谱

【小结】

虽然这里介绍的系统是初步的，但它们为改善Li-CO2电化学的可逆性和能量效率提供了有用的设计原则。这些工作将预示实用技术的出现，并实现电化学储能中CO2的高能效利用。

参考文献：Carbon Dioxide in the Cage: Manganese Metal-Organic Frameworks for High Performance CO2 Electrodes in Li-CO2 Batteries(Energ. Environ. Sci.,2018,DOI: 10.1039/C8EE00415C)

原标题：Energ. Environ. Sci.：用于Li-CO2电池中高性能CO2电极的锰金属-有机框架

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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