周豪慎/何平，最新Nature子刊！

锂-二氧化碳电池在利用温室气体提供电能方面拥有特殊的优势。然而，这些遵循Li₂CO₃产品路线的电池通常提供低输出电压（<2.5 V）和能源效率。此外，与Li₂CO₃相关的寄生反应会进一步降低电池性能。

在此，南京大学何平、周豪慎团队开发了一种双核铜(I)络合物（表示为Cu(I) RM）作为Li-CO₂电池的液体催化剂，并详细研究了电池性能，包括放电电位、容量和循环性能。特别地，利用各种光谱分析技术，如拉曼和微分电化学质谱（DEMS），探索正极放电过程中经历的无L_i2CO₃路径。

图1. 以Cu(I) RM为基础的Li-CO₂电池的电解质特性

研究表明，使用该铜(I)络合物的Li-CO₂电池表现出高达3.38V的电动电压，3.04V的输出电压和5846 mAh g^-1的扩大放电容量，远远超过了其他报道的Li-CO₂电池。

电化学和光谱研究清楚地揭示了涉及Cu(I) RM的Li-CO₂电池的反应路线。首先，Cu(I) RM捕获二氧化碳，形成桥接的Cu(II)-草酸盐加合物；其次，形成的加合物在放电过程中被还原，形成原始的Cu(I) RM和Li₂C₂O₄产品；最后，Li₂C₂O₄产品在充电过程中被分解掉。

此外，在1000 mAh g^-1的固定容量下，Li-CO₂电池在80个循环中表现出稳定的循环性。然后，Ru@super P催化剂被用来进一步减少充电极化。受益于可溶性Cu(I)RM和固体Ru催化剂的协同效应，实现了类似于3.01V的放电电位，促进了8058 mAh g^-1的放电容量，并显著降低了约3.99V的充电电位。在固定的1000 mAh g^-1的比容量下，该电池在400次循环中显示出强大的循环稳定性。

这项研究将Li-CO₂电池的输出电压提高到3.0V以上，并提供了利用有效的可溶性金属复合物进行无Li₂CO₃放电的证据，从而为改善Li-CO₂电池的电化学性能以及推动其实际应用提供了一种方法。

图2. 通过Ru催化剂优化充电性能

Binuclear Cu complex catalysis enabling Li–CO2 battery with a high discharge voltage above 3.0 V, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-36276-8