【儀表網 研發(fā)快訊】 鋰-二氧化碳電池作為一種兼具“儲能”與“固碳減排”雙重功效的新型電化學儲能器件，因具有高達1876Wh kg-1的理論能量密度和出色的二氧化碳利用能力，被視為下一代儲能系統(tǒng)的有力候選，尤其適用于二氧化碳濃度超過95%的深海探測與火星探索等極端環(huán)境。然而，傳統(tǒng)鋰-二氧化碳電池在放電過程中易生成熱力學上極為穩(wěn)定的碳酸鋰(Li2CO3)產物，其分解能壘高達2.1eV、所需充電電壓達4.38V，導致電池放電電壓平臺長期僅能維持在2.0–2.5V，遠低于理論值，嚴重制約了該類電池的實際應用。
 

　　針對上述瓶頸，西安交通大學化學學院胡小飛教授團隊聯(lián)合中國科學技術大學孟征教授團隊，創(chuàng)新性地將高結晶性、高導電性的網狀材料鐵聚酞菁(pFeIIPc)作為固態(tài)氧化還原介體引入鋰二氧化碳電池，將陰極反應路徑引導至草酸鋰(Li2C2O4)方向，使放電電壓平臺一舉突破理論極限、達到3.2V。機理研究表明，pFeIIPc 憑借高達4.91eV 的超高電子親和力優(yōu)先接受電子形成pFeIPc，隨后將捕獲的電子傳遞給二氧化碳將其活化，同時吸附鋰離子，經雙電子/雙二氧化碳反應穩(wěn)定生成更易分解的草酸鋰產物，從而大幅降低極化、提升反應動力學，實現了電池高電壓平臺的穩(wěn)定輸出。
 

　　實驗結果表明，該電池實現28,790 mAh g−1的超高放電比容量與26,338 mAh g−1的可逆充電比容量，過電位低至0.58V，僅為無 pFeIIPc 對照電池(1.74V)的三分之一；在100mA g−1 下可穩(wěn)定循環(huán)超過1482小時，并展現出從−40 ℃至80 ℃的優(yōu)異寬溫域適應性。作為概念驗證，基于pFeIIPc 的鋰二氧化碳軟包電池在室溫下放電電壓平臺達3.1 V，按器件總質量計能量密度高達678 Wh kg−1，并可持續(xù)可逆循環(huán)251小時；該軟包電池甚至能在模擬火星環(huán)境(95%二氧化碳)下成功點亮LED燈，展示了實際應用的潛力。
 

　　該研究成果以《利用鐵聚酞菁實現3.2 V超高放電電壓平臺的鋰二氧化碳電池》(Ultrahigh discharge voltage plateau of 3.2 V achieved in Li-CO2 batteries using iron polyphthalocyanine)為題，發(fā)表在國際頂尖學術期刊《科學進展》(Science Advances)上。
 

　　西安交通大學博士研究生趙寧與中國科學技術大學博士研究生張毅為本文的第一作者，西安交通大學胡小飛教授與中國科學技術大學孟征教授為本文的共同通訊作者。論文第一單位為西安交通大學。西安交通大學丁書江教授、中國汽車技術研究中心王強等共同參與了本研究。
 

　　該研究工作得到國家自然科學基金(No. 52471237)以及西安交通大學青年拔尖人才支持計劃等經費資助。表征及測試工作得到西安交通大學儀器分析中心(原位XRD、原位拉曼光譜、SEM、TOF-SIMS 等)的支持。
 

　　引用：【科技自立自強】西安交大胡小飛團隊揭示鋰-二氧化碳電池實現3.2V超高放電電壓平臺的新機制-西安交通大學【引用時間：2026年10月14日】