罗浩、张大伟教授， J. Power Sources观点：用于Li-O2电池的纳米多孔碳为载体的RuCo合金的电子结构工程

第一作者：赵亚君

通讯作者：张大伟*，罗浩*

单位：合肥工业大学

锂-氧气电池因其高理论能量密度（其能量密度为3500 Wh/kg，是当前锂离子电池的10倍）和潜在的低成本而被视为替代传统能源的可行性方案。然而，由于缓慢的反应动力学，导致Li-O₂电池的实际放电容量低、倍率性能差、充放电效率低、循环稳定性差等，极大地阻碍了其实际应用。

近日，来自合肥工业大学的罗浩和张大伟教授在期刊Journal of Power Sources上发表题为“Electronic structure engineering of RuCo nanoalloys supported on nanoporous carbon for Li-O₂batteries”的文章。该文章以纳米多孔碳为载体分散RuCo合金，将其作为Li-O₂电池正极催化剂，可以有效地提高电池反应动力学，降低充电过程中的极化。在电流密度为500 mA g^-1，限制比容量为1000 mA h g^-1下，可以稳定循环298圈。密度泛函理论 (DFT) 计算表明，RuCo合金中Ru与Co之间存在明显的电子转移过程，意味着强烈的电子耦合转移，降低了LiO₂中间体的吸附能，从而有效降低了过电位。该工作为未来长寿命和低成本的Li-O₂电池的发展提供了新的思路。

如图所示，以RuCo-NC为正极催化剂的Li-O₂电池，电池的过电压降低，倍率性能得到了提高，循环稳定性也得到了大幅提升，说明RuCo的合金化过程，可以提高材料的催化活性，促进Li-O₂电池的反应动力学，提高电池性能。

以RuCo-NC为正极催化剂的Li-O₂电池的主要放电产物为Li₂O₂，扫描电镜结果显示，充电后，Li₂O₂被分解，说明电池具有良好的可逆性。

DFT结果表明，RuCo-NC具有大量的电子转移位点，对Li₂O₂的形成和分解具有更强的正平衡效应。RuCo合金中Ru和Co之间存在明显的电子转移过程，调节了催化剂的电子结构，降低了O₂和LiO₂的吸附能，从而大大促进反应动力学，有效降低过电位，提高电池的倍率和循环性能。这种策略将为设计高倍率性能和长寿命的Li-O₂电池提供新的思路。

“Electronic structure engineering of RuCo nanoalloys supported on nanoporous carbon for Li–O₂ batteries”