北京化工/延安大学徐斌教授、西安科技大学刘欢教授，AFM：有序Mo空位+3D导电网络调控草酸锂路径，实现Li-CO₂电池超长循环

随着化石燃料的过度依赖和CO₂排放的激增，开发兼具高能量密度和CO₂转化能力的储能技术成为研究热点。锂-二氧化碳（Li-CO₂）电池因其理论能量密度高达1876 Wh kg⁻¹且可固定CO₂而备受关注。然而，其放电产物Li₂CO₃的绝缘性和高分解电位（~4.2 V）导致电池极化严重、循环寿命短。通过调控放电产物为更易分解的Li₂C₂O₄（草酸锂）成为改善电池可逆性的新策略，但Li₂C₂O₄在长循环中易发生歧化反应生成Li₂CO₃，稳定性不足。

近日，北京化工大学/延安大学徐斌教授与西安科技大学刘欢教授携手合作，在国际知名期刊 Advanced Functional Materials 发表了题为“Stabilized 2-Electron Oxalate Mechanism Enabled by Oriented 3D Mo1.33C MXene/rGO Catalyst for Enhanced Reversibility in Flexible Li-CO2 Batteries”的研究论文，博士生田雪为本文第一作者。该研究设计了一种具有有序Mo空位的3D定向Mo₁.₃₃C MXene/rGO气凝胶（MGA）催化剂，通过Mo空位增强Mo-O键的稳定性，从而在肠循环过程中锁定Li₂C₂O₄中间体，同时利用定向三维结构促进电子/离子传输，显著降低了Li-CO₂电池的充电过电位（0.46 V），并实现330次长循环（20 μA cm⁻²）。

通过对比Li₂CO₃和Li₂C₂O₄的分解能垒，揭示了草酸锂路径的热力学优势。相较于Li₂CO₃的高分解电位（~4.2 V），Li₂C₂O₄的分解能垒显著降低，使得电池能够在更低的充电电压下运行，从而提升能量效率。此外，统计数据显示，采用Li₂C₂O₄路径的Li-CO₂电池能量效率可达77-94.7%，远高于传统Li₂CO₃路径。MGA催化剂中的有序Mo空位能够提供丰富的移动电子，强化Mo与C₂O₄²⁻之间的键合作用，有效抑制歧化反应，从而稳定Li₂C₂O₄中间体，确保其作为最终放电产物的可逆性。

详细展示了MGA催化剂的合成过程与结构特征。通过GO辅助水热组装结合定向冷冻干燥技术，成功构建了具有3D有序多孔结构的Mo₁.₃₃C MXene/rGO气凝胶。SEM和TEM图像清晰显示MXene纳米片均匀分布在rGO骨架上，形成高度互联的导电网络，而HRTEM进一步证实了Mo₁.₃₃C的（002）晶面存在。XPS和EPR分析表明，Mo空位的引入不仅增强了材料的电子传输能力，还促进了电荷转移，从而提升了界面稳定性，为高效催化提供了结构基础。

系统评估了MGA基Li-CO₂电池的电化学性能及反应机理。首圈放电测试中，MGA电池展现出高达2934.7 μAh cm⁻²的放电容量和95.6%的库仑效率，显著优于纯rGO基电池（866.4 μAh cm⁻²）。XRD、Raman和FTIR联合分析证实，MGA表面生成了无定形Li₂C₂O₄，而GA电极则生成了结晶Li₂CO₃。SEM和TEM观察进一步显示，MGA表面的放电产物呈均匀薄膜状，充电后完全分解，无残留，证实了Li₂C₂O₄路径的高可逆性。

考察了MGA催化剂的循环稳定性和柔性应用潜力。在20 μA cm⁻²的电流密度下，MGA基电池实现了330次稳定循环（3300小时），充电过电位仅0.46V，展现了优异的长期稳定性。此外，柔性软包电池在不同弯曲状态下均能稳定工作，并可驱动LED发光，证明了其在可穿戴电子设备中的实际应用价值。