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Symbiotic reactions over a high-entropy alloy catalyst enable ultrahigh-voltage Li–CO2 batteries
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-12-02 , DOI: 10.1039/d4ee04116j Tao Chen, Junfei Cai, Hangchao Wang, Chuan Gao, Chonglin Yuan, Kun Zhang, Yue Yu, Wukun Xiao, Tie Luo, Dingguo Xia
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2024-12-02 , DOI: 10.1039/d4ee04116j Tao Chen, Junfei Cai, Hangchao Wang, Chuan Gao, Chonglin Yuan, Kun Zhang, Yue Yu, Wukun Xiao, Tie Luo, Dingguo Xia
Metal–CO2 rechargeable batteries have immense application potential owing to their high theoretical energy densities and CO2 capture capabilities. However, batteries relying on carbonate production typically offer low output voltages (<2.6 V) and energy efficiencies. Herein, the six-element high-entropy alloy PtRuZnCoNiCu (PRZCNC-HEA) was employed as a cathode catalyst in metal–CO2 batteries. The multiple reaction sites on the PRZCNC-HEA surface offered a symbiotic reaction pathway for oxalate product generation with a high discharge voltage and a low bandgap. The metal–oxalate coordination mode and metal–oxalate–carbonate coupling mechanism stabilized the oxalate product. Li–CO2 batteries with PRZCNC-HEA as the cathode catalyst achieved a high discharge voltage (3.06 V) and low overpotential (0.32 V), representing the best-reported performance to date. Theoretical calculations combined with experimental characterization confirmed the stabilization mechanism. This work can advance the design and modulation of conversion reactions in metal–CO2 batteries.
中文翻译:
高熵合金催化剂上的共生反应可实现超高压 Li-CO2 电池
金属-CO2 可充电电池由于其高理论能量密度和 CO2 捕获能力而具有巨大的应用潜力。然而,依赖碳酸盐生产的电池通常具有低输出电压 (<2.6 V) 和能源效率。在此,六元素高熵合金 PtRuZnCoNiCu (PRZCNC-HEA) 被用作金属-CO2 电池的阴极催化剂。PRZCNC-HEA 表面的多个反应位点为草酸盐产物的生成提供了共生反应途径,具有高放电电压和低带隙。金属-草酸盐配位模式和金属-草酸盐-碳酸盐偶联机制稳定了草酸盐产物。以 PRZCNC-HEA 为阴极催化剂的 Li-CO2 电池实现了高放电电压 (3.06 V) 和低过电位 (0.32 V),代表了迄今为止报告的最佳性能。理论计算结合实验表征证实了稳定机制。这项工作可以推进金属-CO2 电池中转化反应的设计和调制。
更新日期:2024-12-02
中文翻译:
高熵合金催化剂上的共生反应可实现超高压 Li-CO2 电池
金属-CO2 可充电电池由于其高理论能量密度和 CO2 捕获能力而具有巨大的应用潜力。然而,依赖碳酸盐生产的电池通常具有低输出电压 (<2.6 V) 和能源效率。在此,六元素高熵合金 PtRuZnCoNiCu (PRZCNC-HEA) 被用作金属-CO2 电池的阴极催化剂。PRZCNC-HEA 表面的多个反应位点为草酸盐产物的生成提供了共生反应途径,具有高放电电压和低带隙。金属-草酸盐配位模式和金属-草酸盐-碳酸盐偶联机制稳定了草酸盐产物。以 PRZCNC-HEA 为阴极催化剂的 Li-CO2 电池实现了高放电电压 (3.06 V) 和低过电位 (0.32 V),代表了迄今为止报告的最佳性能。理论计算结合实验表征证实了稳定机制。这项工作可以推进金属-CO2 电池中转化反应的设计和调制。