本發(fā)明涉及鋰二氧化碳電池，具體涉及一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池。

背景技術(shù)：

1、鋰二氧化碳電池作為一種獨(dú)特的用于二氧化碳儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化的儲(chǔ)能裝置，有望緩解化石燃料持續(xù)燃燒所帶來的一系列環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)。通常，鋰二氧化碳電池的理論能量密度高達(dá)1876whkg-1，被認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能設(shè)備之一，在許多場(chǎng)景中具有潛在的應(yīng)用前景。然而鋰二氧化碳電池的放電產(chǎn)物li2co3是一種寬禁帶絕緣材料，其熱力學(xué)穩(wěn)定，導(dǎo)致二氧化碳還原反應(yīng)(co2rr)和二氧化碳析出反應(yīng)(co2er)動(dòng)力學(xué)緩慢。因此，尋求一種新的方法來促進(jìn)li2co3的形成和分解，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定耐用的鋰二氧化碳電池至關(guān)重要。

2、外場(chǎng)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的鋰二氧化碳電池是一種非常有前途和吸引力的戰(zhàn)略。在光照條件下，正極的光催化劑有效地捕獲光子，此時(shí)有源光激發(fā)電子和空穴分別作用于co2的氧化還原，從而降低了電壓滯后，提高了電池的可逆性。然而，隨著循環(huán)的進(jìn)行，光電正極變得非常不穩(wěn)定，特別是在由光生孔帶來的持續(xù)強(qiáng)氧化環(huán)境中。光子利用率降低，光電正極逐漸失去原有的性能。因此，目前迫切需要設(shè)計(jì)一種有效延長(zhǎng)光電正極壽命的策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本申請(qǐng)的目的在于提供一種用于光輔助鋰二氧化碳電池的均相異相協(xié)同催化劑及其制備方法與應(yīng)用，以利于解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰二氧化碳電池過電位高和循環(huán)壽命較低的問題。

2、為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，包括正極、隔膜、負(fù)極和電解液，所述正極為鉍氧鹵類光電正極bi5o7x/cp，所述電解液為添加有鋰鹽的有機(jī)醚類電解液，所述負(fù)極為鋰箔，其中，所述鋰鹽包括終濃度為1mol/l的雙三氟甲磺酰亞胺鋰和終濃度為0.05mol/l的lix，所述x為cl、br或i。

4、作為改進(jìn)的是，所述隔膜為玻璃纖維隔膜gf/d。

5、作為改進(jìn)的是，所述有機(jī)醚類電解液包括環(huán)氧戊環(huán)、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一種或多種混合而成。

6、作為改進(jìn)的是，所述鉍氧鹵類光電正極bi5o7x/cp是將活性物質(zhì)bi5o7x、聚偏氟乙烯結(jié)合劑pvdf和ketjen?black按照質(zhì)量比為8:1:1混合加入n-甲基-2吡羅烷酮液體中，形成均勻漿料后，涂在碳紙盤上后，在真空干燥箱中120℃下干燥12h。

7、進(jìn)一步改進(jìn)的是，所述bi5o7x的制備方法為：將bi(no3)3·5h2o和naoh溶于蒸餾水中，形成白色混合物；再向白色混合物中加入kx溶液，攪拌30min后，在180℃下加熱24h后，冷卻至室溫，離心收集沉淀，用去離子水和乙醇分別清洗3次后，在60℃干燥箱內(nèi)烘干，即可。

8、進(jìn)一步改進(jìn)的是，所述白色混合物中bi(no3)3的終濃度為0.2mol/l，naoh的終濃度為0.6mol/l，kx的終濃度為0.08mol/l。

9、作為改進(jìn)的是，所述均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池的工作環(huán)境為：裁剪后的鉍氧鹵類光電正極bi5o7x/cp的面積為1.13cm2，且有效照明面積為0.5cm2，co2的流速為0.05ml/min。

10、有益效果：

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，利用具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的鉍氧鹵類/碳紙作為光電正極和添加鹵素鋰鹽的有機(jī)醚類溶劑作為電解液以增強(qiáng)光輔助鋰二氧化碳電池。作為p型半導(dǎo)體，鉍氧鹵類物質(zhì)在光場(chǎng)作用下產(chǎn)生豐富的電子空穴對(duì)，顯著降低了充放電過程中l(wèi)i2co3的形成和分解難度。由于電解質(zhì)中鹵素鋰鹽的摻入，光電正極在固液界面更容易與空穴發(fā)生反應(yīng)。bi5o7i光電正極與碘化鋰的光電流響應(yīng)更顯著，可以歸因于更密集的分離光電荷，說明空穴更多地與i-反應(yīng)而不是與電子復(fù)合，從而使光電正極能夠穩(wěn)定、連續(xù)地工作。此外，鹵素鋰鹽還有助于載流子分離，因此，光輔助鋰二氧化碳電池在整個(gè)循環(huán)周期中保持較低的過電位采用bi5o7i光電正極的鋰二氧化碳電池在電流密度為0.01macm-2的光條件下表現(xiàn)出3.05v的超高放電電壓平臺(tái)，超過了產(chǎn)物形成的平衡電位(2.80vvs。li+/li)，表明光能持續(xù)以電能的形式不斷輸出。與不含碘化鋰的電池相比，固液協(xié)同光輔助電池即使在循環(huán)20次后也沒有出現(xiàn)效率下降。說明通過兩種催化劑的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)可以顯著提升光電正極的壽命和穩(wěn)定性，降低鋰二氧化碳電池過電勢(shì)，提高電池的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，包括正極、隔膜、負(fù)極和電解液，其特征在于，所述正極為鉍氧鹵類光電正極bi5o7x/cp，所述電解液為添加有鋰鹽的有機(jī)醚類電解液，所述負(fù)極為鋰箔，其中，所述鋰鹽包括終濃度為1mol/l的雙三氟甲磺酰亞胺鋰和終濃度為0.05mol/l的lix，所述x為cl、br或i。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述隔膜為玻璃纖維隔膜gf/d。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述有機(jī)醚類電解液包括環(huán)氧戊環(huán)、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一種或多種混合而成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述鉍氧鹵類光電正極bi5o7x/cp是將活性物質(zhì)bi5o7x、聚偏氟乙烯結(jié)合劑pvdf和ketjen?black按照質(zhì)量比為8:1:1混合加入n-甲基-2吡羅烷酮液體中，形成均勻漿料后，涂在碳紙盤上后，在真空干燥箱中120℃下干燥12h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述bi5o7x的制備方法為：將bi(no3)3·5h2o和naoh溶于蒸餾水中，形成白色混合物；再向白色混合物中加入kx溶液，攪拌30min后，在180℃下加熱24h后，冷卻至室溫，離心收集沉淀，用去離子水和乙醇分別清洗3次后，在60℃干燥箱內(nèi)烘干，即可。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述白色混合物中bi(no3)3的終濃度為0.2mol/l，naoh的終濃度為0.6mol/l，kx的終濃度為0.08mol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池的工作環(huán)境為：裁剪后的鉍氧鹵類光電正極bi5o7x/cp的面積為1.13cm2，且有效照明面積為0.5cm2，co2的流速為0.05ml/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種均相異相協(xié)同催化的鋰二氧化碳電池。本發(fā)明利用具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的鉍氧鹵類/碳紙作為光電正極和添加鹵素鋰鹽的有機(jī)醚類溶劑作為電解液以增強(qiáng)光輔助鋰二氧化碳電池。鉍氧鹵類物質(zhì)在光場(chǎng)作用下產(chǎn)生豐富的電子空穴對(duì)，顯著降低了充放電過程中Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;的形成和分解難度。由于鹵素鋰鹽的摻入，光電正極在固液界面更容易發(fā)生反應(yīng)，從而使光電正極能夠穩(wěn)定、連續(xù)地工作。鹵素鋰鹽還有助于載流子分離，保證光輔助鋰二氧化碳電池在整個(gè)循環(huán)周期中保持較低的無功能壘。本發(fā)明通過正極和電解液的協(xié)同作用，顯著提升光電正極的壽命和穩(wěn)定性，大大降低鋰二氧化碳電池在放電/充電過程中放電產(chǎn)物L(fēng)i<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;的形成/分解難度，降低鋰二氧化碳電池過電勢(shì)，提高電池的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：申來法,李承儒,胡康,胡廷松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2