第一作者：Jiaxin Li
通訊作者：彭慧勝、王兵杰
通訊單位：復旦大學
Li-CO2電池具有很高的理論比能量并且能夠在高CO2濃度等極端環境下工作，一個很有可能的應用場景就是CO2濃度高達96%的火星上。不過，除了CO2濃度高以外，火星環境的另一個顯著特點是平均溫度低于-60℃。現存的Li- CO2電池能夠在室溫或者更高的溫度下高效工作，但是當溫度低于0℃時它們會發生嚴重的性能衰減甚至完全不能工作。
有鑒于此，復旦大學彭慧勝與王兵杰等通過設計一種新型電解質體系并使用銥基正極實現了Li- CO2電池在超低溫環境下的高效工作。
圖1. Li- CO2電池體系在超低溫環境工作示意圖。
研究人員使用金屬鋰作為負極、1,3-二氧戊環（DOL）作為電解液溶劑、雙三氟甲磺酰亞胺基鋰（LiTFSI）作為電解質鋰鹽、銥包覆的氣體擴散層作為正極、商品化封口膜作為正極保護層組裝了新型Li- CO2電池體系。
圖2. Li- CO2電池在低溫電化學性能。
得益于DOL基電解液的超低的凝固點、高離子電導率、優異的低溫電化學穩定性以及銥基正極對于CO2還原反應和CO2析出反應的優異催化能力等優勢，該Li- CO2電池能夠在超低溫環境下穩定高效地工作。
圖3. Li- CO2電池在低溫條件放電產物和循環可逆形貌。
在-60℃的超低溫環境下，該電池在100mA/g的電流密度下鉗制每周容量為500mAh/g時其深度放電容量高達8976mAh/g且能夠穩定循環超過150周，對應工作時長為1500小時。研究人員認為該電池體系在正極上易于分解的小尺寸放電產物和負極界面上顯著得到抑制的界面副反應是低溫下優異電化學性能的主要原因。
圖4. 超低溫Li- CO2電池應用。
參考文獻
Jiaxin Li et al, Li‐CO2 Batteries Efficiently Working at Ultra‐Low Temperatures, Advanced Functional Materials, 2020
DOI: 10.1002/adfm.202001619
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202001619
