随着可持续能源需求的增加，锂二氧化碳电池（Li–CO₂ batteries，LCBs）因其超高能量密度成为储能领域的研究热点。然而，低能量效率、差的倍率性能和有限的循环寿命等瓶颈仍限制了其应用。西安交通大学与萨里大学联合团队在《Sustainable Energy Fuels》期刊上发布的研究，提出了焦耳加热技术优化气体电极的创新方案，显著提升了LCBs的电化学性能和稳定性。
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创新性电极设计：采用三维多孔的石墨烯/碳纳米管气凝胶（GCA）基底，并通过焦耳加热技术成功负载超细铂纳米颗粒（Pt NPs），构建了高效催化电极。 -
提升电催化性能：优化后的Pt@GCA电极展现出超高放电比容量（>10 mA h cm⁻²）、低过电位（0.71–1.06 V）和能量效率超过80%。 -
稳定性与可逆性：在多次充放电过程中，Pt@GCA电极展示了优异的循环稳定性和电化学可逆性，能在大电流密度下稳定工作。 -
广泛的应用潜力：基于该电极的柔性袋式电池在高能量密度、低温稳定性及柔性储能设备中展现出广泛应用前景。
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图1a：展示了锂二氧化碳电池（LCBs）的工作原理与气体电极期望特性。优化电极的关键是具备高导电性、催化活性和机械稳定性，以提升反应效率并降低副反应。 -
图1b–1c：SEM和XPS表征了不同基底材料（GCA、CNT、CNF）的微观结构与电化学性能，表明GCA基底在比表面积、导电性和催化效率上的优势。
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图2a：快速焦耳热法将Pt纳米颗粒均匀负载于GCA基底上，形成高效的催化位点。HRTEM显示Pt颗粒尺寸均匀，进一步验证了该方法在提高电催化剂性能中的有效性。 -
图2b–2c：XRD与ToF-SIMS分析确认了Pt纳米颗粒在GCA中的均匀分布，为催化性能提升提供了理论依据。
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图3a：循环伏安测试表明，Pt@GCA电极的催化活性显著高于其他电极材料，低起始电位和较高反应电流表明其优异的电催化动力学。 -
图3b–3d：恒流充放电测试和电化学阻抗谱进一步证明，Pt@GCA电极在高倍率下表现出低过电位和高能量效率。
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图4a–4c：SEM与XPS分析揭示了Pt@GCA电极的优异可逆性。放电产物在充电过程中完全分解，表明电极材料的结构稳定，具有高度可逆的反应机制。
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图5a–5d：基于Pt@GCA电极的柔性电池展示了在多次弯曲后的稳定性能，能够稳定为LED灯条供电，并表现出良好的机械稳定性。 -
图5e：实验验证了该电池在不同电流密度下的稳定循环，进一步表明其广泛的实际应用潜力。
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图6a：展示了基于Pt@GCA电极的全电池工作原理，钠离子在充放电过程中在正负极之间迁移。 -
图6b–6d：对比了硬碳负极、Pt@GCA正极和全电池的恒流充放电曲线，证明了全电池具有良好的充放电可逆性和稳定的循环性能。 -
图6e：全电池在0.1C至15C的宽倍率范围内，仍能保持较高的放电比容量，体现了其卓越的动力学性能。 -
图6f：循环性能测试表明，经过250次循环后，全电池在1C倍率下的容量保持率超过80%，并成功点亮LED灯条，验证了其在实际应用中的潜力。
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