​纪秀磊等AM：Li2MnO3：低温水系电池中液态Cl2电极的催化剂

富锂层状金属氧化物Li₂MnO₃，由于其高锂含量和氧氧化还原反应相关的高理论容量而引起了人们的极大兴趣。然而，Li₂MnO₃电池在常温条件下充电时，会释放氧气，从而阻碍可逆反应。目前尚不清楚这种不可逆过程在低温条件下是否仍然有效。

在此，美国俄勒冈州立大学纪秀磊教授，劳伦斯伯克利国家实验室Wanli Yang和范德比尔特大学De-en Jiang等人评估了Li₂MnO₃在LiCl水溶液中的低温电化学性能，并观察到在-78°C，1.0 V(与Ag/AgCl相比)电位下，Li₂MnO₃的可逆放电容量为302 mAh/g，具有良好的倍率性能和稳定的循环性能，与Li₂MnO₃在室温下循环的结果形成鲜明对比。

然而，研究结果表明，这种容量不是来自Li₂MnO₃的可逆氧氧化，而是来自电解质的可逆Cl₂(l)/Cl^–(aq)氧化还原。因此，Li₂MnO₃具有良好的低温催化性能，可促进Cl₂/Cl^–的氧化还原。

图1. 电化学性能

总之，Li₂MnO₃是一种高度可逆的氧化还原反应催化剂，在–78℃下，7 m LiCl水系电解质中形成Cl₂液体，在1.0 V下表现出302 mAh/g的放电容量，同时具有良好的倍率性能和稳定的循环性能。通过mRIXS和sXAS，可以排除Li₂MnO₃中Mn和O氧化还原的贡献；相反，良好的性能归因于Li₂MnO₃上的Cl₂/Cl^–氧化还原反应。

低温条件通过抑制不可逆的氧氧化来稳定Li₂MnO₃的结构，从而避免了在室温下循环的Li₂MnO₃电极发生的严重化学和结构不稳定。DFT计算证实了Cl原子在Li₂MnO₃表面O位的有效吸附。因此，该工作揭示了Li₂MnO₃在低温下完全不同的循环机制及其对氯析出反应的催化性能。

图2. 作用机制

Li₂MnO₃: A Catalyst for A Liquid Cl₂ Electrode in Low-Temperature Aqueous Batteries, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202302595