南京理工大学杨勇课题组在锂电池方面研究进展

近日，化学与化工学院杨勇课题组在Li-CO2电池研究方面取得最新研究进展，在国际知名期刊Advanced Functional Materials (IF=19.924)上发表题为“Toward an Understanding of Bimetallic MXene Solid-Solution in Binder-free Electrocatalyst Cathode for Advanced Li-CO2 Batteries”(DOI:10.1002/adfm.202210037)的研究论文。南京理工大学为论文的第一完成单位和通讯单位，第一作者为化学与化工学院硕士研究生赵文甜，杨勇副教授为通讯作者，南京大学物理学院环境材料与再生能源研究中心周勇教授为论文的共同通讯作者。

能源与环境是人类社会发展所必须面对的两大课题，其中，CO2的资源化利用伴随着碳中和目标的提出已成为当前阶段的研究热点。2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。杨勇课题组长期致力于储能与能源转化方面的研究，在CO2的资源化转化方面开展了大量研究工作（Applied Catalysis B: Environmental (IF=24.318),2022,318:121782/2022, 317:121660/2021, 295:120277/2020, 264:118470；Small (IF=15.153), 2022, 18(2): 2105217;Journal of Energy Chemistry (IF=13.598), 2021, 59: 9-18; Chemical Engineering Journal (IF=16.743), 2022,439:.135684.），累积影响因子大于350。同时，可充电Li-CO2电池由于其*****（1876 Wh kg-1）以及在储存能量的同时能够实时捕获和固定CO2的能力而引起了广泛的研究兴趣，被认为是实现“碳中和”的最有利方式之一。课题组自进行固态电解质及Li-CO2电池领域的研究以来，先后在Advanced Energy Materials(IF=29.698), 2022,12(14): 2103667.1～2103667.11; Energy Storage Materials (IF=20.830), 2021, 42: 484-492; Journal of Materials Chemistry A (IF=14.510), 2021, 9: 4758-4769; Chemical Engineering Journal (IF=16.743), 2022,430:.132706等期刊上发表了系列研究成果。

本文构建了一种基于双金属MXene固溶体TiVC的无粘结剂电催化剂阴极用于Li-CO2电池。研究发现，TiVC中Ti和V之间的独特协同作用增强了界面化学键合能力，有利于活性位点的充分暴露，从而提高Li-CO2电池的电化学性能。实验结果和理论计算（DFT）表明，双金属MXene固溶体TiVC改善了CO2的还原和Li2CO3的分解。其组装的Li-CO2电池表现出优异的放电容量（100 mAh g-1时为27880 mAh g-1）和循环性能（91次循环）；同时可以作为LED灯泡的电源，且在不同的弯曲角度下可以保持稳定的输出能量。 


TiVC石墨烯气凝胶阴极的制备过程和Li-CO2电池的组装 


基于柔性自支撑TiVC石墨烯气凝胶组装Li-CO2电池的电化学性能

该工作得到了江苏省自然科学基金面上项目和中央高校基本科研业务费的支持。文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202210037