充電機(jī)充電Li-CO2電池 – 固定和儲(chǔ)能的靈敏使用策略
2017-9-12 10:04:45??????點(diǎn)擊：
【導(dǎo)言】
溫室氣體CO2被以為是導(dǎo)致氣候改變的首要原因之一。CO2中C原子處于最高氧化態(tài)，將其轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)不可避免耗費(fèi)能量，產(chǎn)生額定污染。因而，怎么高效且環(huán)境友好的固定CO2是全球面對(duì)的重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的CO2固定方法需求接連的能量供給，這反而排放更多的CO2（根據(jù)化石燃料產(chǎn)能）。而且固定產(chǎn)品多為氣、液體，對(duì)產(chǎn)品的傳輸也十分耗能。鑒于此，選用新能源儲(chǔ)能器件將CO2轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)品，是一個(gè)有出路的規(guī)劃戰(zhàn)略。這種電化學(xué)轉(zhuǎn)化方法不只減少了CO2的排放，還可將CO2作為可再生能源載體。
一般以為CO2作為能量載體根據(jù)非質(zhì)子充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池的放電反響：4 Li+ + 3 CO2 + 4 e- 2 Li2CO3 + C (Eo = 2.80 V vs Li/Li+)。但是縱觀大都文章，缺少C產(chǎn)品構(gòu)成的有力依據(jù)，該反響機(jī)理依然存疑。此外，雖然Li2CO3的構(gòu)成/分化已被證實(shí)，但是充電進(jìn)程關(guān)于C的信息比較匱乏，因而充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池的可逆性也有待商討。在這種情況下，亟須全面知道CO2的復(fù)原和氧化進(jìn)程的反響機(jī)理，這對(duì)CO2固定技能和充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池的發(fā)展有重要意義。
【效果簡(jiǎn)介】
最近，日本工業(yè)技能歸納研究所的易金研究員（共同通訊作者）和南京大學(xué)教授周豪慎在Cell Press的新雜志Joule宣布題為“Li-CO2 Electrochemistry: A New Strategy for CO2 Fixation and Energy Storage”的文章，論述關(guān)于電化學(xué)技能固定CO2新的反響途徑。復(fù)原進(jìn)程中，Li2CO3和C是首要產(chǎn)品；氧化進(jìn)程中，Li2CO3能完全分化而C簡(jiǎn)直不能分化。因而，典型非質(zhì)子充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池的本質(zhì)應(yīng)該是可再充電但不可逆。因?yàn)橹话l(fā)作Li2CO3的分化，C的豐度越來(lái)越高，這是一個(gè)高能量功率（73.3%）的CO2固定技能。此外，選用貴金屬催化劑能將新發(fā)現(xiàn)的不可逆循環(huán)變成可逆循環(huán)，完成CO2的固定和儲(chǔ)能的靈敏使用。
【圖文導(dǎo)讀】
1：CO2電化學(xué)復(fù)原進(jìn)程的表征及示意圖
(A-B) 分別是充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池在5 A下限容放電至10 Ah和20 Ah的放電曲線。充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池組成為：金電極/CO2飽滿的0.5 M LiClO4-DMSO電解液/鋰片。深度放電發(fā)現(xiàn)在1.8 V呈現(xiàn)一個(gè)新的放電渠道。
(C-D) 分別是放電至10 Ah和20 Ah的原位拉曼光譜。深度放電產(chǎn)品多了Li2O，放電反響為：4 Li+ + CO2 + 4 e- 2 Li2O + C (Eo = 1.89 V vs Li/Li+)。
(E) 不同放電深度下正極的SEM圖。
(F) 固定CO2的示意圖。
圖：可再充電/不可逆的充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池在充電進(jìn)程只要Li2CO3分化的原位拉曼光譜依據(jù)
(A-B) 分別是放電至10 Ah和20 Ah后以5 A再充電的原位拉曼光譜。Li2CO3在4.0 V左右分化，Li2O在3.4 V左右分化，C簡(jiǎn)直沒(méi)有分化。
(C) 固定容量為10 Ah，每次充放電完畢后的原位拉曼光譜。能夠看出，每次循環(huán)后C在漸漸堆集。
3：選用多孔碳正極的充放電進(jìn)程表征
(A) 充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池在100 mA/g下限容放電至1.0 mAh并限壓充電至4.5 V的恒流充放電曲線。
(B) 在不同充放電狀態(tài)下的非原位FTIR光譜。清楚顯現(xiàn)不同狀態(tài)下Li2CO3和Li2O的構(gòu)成/分化。
(C) 正極放電至0.6 mAh（B點(diǎn)）對(duì)應(yīng)的碳酸鹽量下CO2的生成速率。藍(lán)色箭頭表明注入H2SO4分化Li2CO3。餅圖表明CO2產(chǎn)量及存在的Li2CO3的份額。
(D-F) CO2和O2在充電進(jìn)程生成速率的DEMS成果。D、E分別表明放電至B點(diǎn)后500、2000 mA/g的電流密度。F表明放電至C點(diǎn)后500 mA/g的電流密度。
4：選用釕基正極完成可再充電/可逆的Li-CO2電化學(xué)進(jìn)程表征及示意圖
(A) 選用Ru基正極的充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池的恒流充放電曲線。虛線為對(duì)照組：選用Au基正極的充電曲線。
(B) Ru基正極在充電進(jìn)程的原位拉曼光譜。碳的拉曼峰逐步削弱。
(C-D) 分別是恒流放電后Ru基和Au基正極在3.0-4.5 V電位窗口內(nèi)10 mV/s下的線性電位掃描曲線。一起給出了Li2CO3和碳的G峰隨容量改變的拉曼峰強(qiáng)。
(E) 經(jīng)過(guò)Li-CO2電化學(xué)技能完成儲(chǔ)能體系（可逆進(jìn)程）和CO2固定戰(zhàn)略（不可逆進(jìn)程）的示意圖。
【小結(jié)】
該工作選用原位/非原位結(jié)合的光譜技能研究了非質(zhì)子充電機(jī)充電Li-CO2蓄電池的電化學(xué)進(jìn)程機(jī)理，論述靈敏可控的CO2固定和儲(chǔ)能戰(zhàn)略。
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