台湾大学刘如熹教授团队Chemical Review：含非水电解质之可充电金属二氧化碳电池之最新进展

第一作者：Ayan Sarkar

通讯作者：刘如熹*，钟仁杰*，胡淑芬*

单位：台湾大学，台北科技大学，台湾师范大学

自2014年首次推出锂二氧化碳电池以来，各种可充电金属二氧化碳电池引起人们之广泛关注，成为解决与二氧化碳相关之环境问题与可持续能源存储需求之一种有趣方法。金属二氧化碳电池由于具两大优势而成为电化学CO₂还原领域中之一个有前景之领域：它们不依赖外部电力进行CO₂还原，并且提供高能量密度。金属二氧化碳电池，尤其锂与钠基电池，具显著之理论电容量密度与工作电压，为开发可持续能源存储系统提供巨大机遇，进一步推动不断扩大之电动车行业。此外，此些电池于火星、金星等富含CO₂之大气与水下环境中，还可于供电月球车、火星车、潜艇等方面发挥重要作用。然而，于可充电金属二氧化碳电池领域仍存在着有限之循环寿命、锂与钠离子形成之枝晶与电解液泄漏等挑战。目前正进行广泛研究，以确定并克服此些障碍，旨在提高整体电池性能。故对各种金属二氧化碳电池之最新重要进展进行综述至关重要，可为研究人员与学习者提供对该领域最新发展之全面理解，并指导他们未来之研究工作。

近日，来自台湾大学的刘如熹教授、台北科技大学的钟仁杰教授与台湾师范大学的胡淑芬教授合作，于国际知名期刊Chemical Review上发表题为“Recent Advances in Rechargeable Metal–CO₂ Batteries with Nonaqueous Electrolytes”的文章。文章指出，此篇综述文章深入探讨近期二次金属二氧化碳电池之进展，特别关注锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)与铝(Al)系统与含非水电解质。该文章分为不同之章节，每个章节专注于特定之金属二氧化碳电池。此些章节涵盖电解质、阳极之潜在修饰与其他气体在CO₂反应中之影响。图1以图形方式呈现综述文章中包含之主要主题。

电解质于促进离子传输方面起着至关重要之作用，依赖于导电性、运动性、稳定性与黏度(对于液体与凝胶而言)。故，此篇综述文章对电解质选择进行全面评估，并赋予重要性。文章概述最近与常用之非水电解质，涵盖液体电解质、凝胶电解质、几乎固体电解质与固态电解质。此外，我们探讨电解液中氧化还原中介物对电解质之影响，特别关注锂二氧化碳电池。该文章还提供电解质之简明合成路线，以使读者熟悉合成方法。

金属二氧化碳电池中之CO₂气体阳极是负责在放电过程中进行CO₂还原与在充电过程中解离放电产物之关键组件。金属二氧化碳电池之耐用性取决于高效与可持续之催化材料之性能。在阴极部分，对最近用于CO₂气体阴极之几种类型之催化材料进行综述。此外，该文章强调催化材料之合成方法与重要之实验与/或理论发现，简洁地描述催化材料之性能。还讨论光辅助阴极对锂二氧化碳电池之潜在前景，并认识到其显著之潜力。

此外，该综述文章探讨一些研究专注于修改金属锂、钠与钾阴极以减轻腐蚀与枝晶形成问题之情况。本节对此些努力进行简要概述，并讨论其对电池性能之影响。

最后，该综述文章简要介绍其他气体对CO₂反应之影响，引用涉及此一主题之选择性文章。

Recent Advances in Rechargeable Metal–CO₂ Batteries with Nonaqueous Electrolytes

刘如熹 台湾大学化学系教授，其专长主要为以材料化学核心技术为基础，发展具可应用于光转换为光、电与热之新材料，其将分别应用于光电、能源与生医。

其于1981年6月毕业于东吴大学化学系(学士)，1983年6月毕业于清华大学原子科学研究所(硕士)，1990年6月毕业于清华大学化学系(博士)。1992年6月毕业于英国剑桥大学化学系暨高温超导中心(博士)。其1983年硕士毕业后即进入工业技术研究院工业材料研究所服务至1995年，期间担任副研究员、研究员、正研究员及主任。1995年8月~1999年7月任台湾大学化学系副教授，于1999年8月~2016年6月任台湾大学化学系教授。2016年7月任台湾大学化学系特聘教授至今。

1989年获台湾青年奖章及工研院科技成果个人贡献奖，1995年获台湾第四届发明银牌个人奖， 1998年获杰出青年化学奖章， 2011年获第九届有庠科技奖(科技论文绿色科技类) ， 2013与2018年分别获科技部杰出研究奖。2015年获国际IUPAC & NMS于新颖材料与合成之杰出研究奖。2017年获中山学术论文奖。2018年、2019年与2020年被科睿唯安(Clarivate Analytics)获选为跨领域全球高被引学者（Highly Cited Researchers）。2018年获「侯金堆杰出荣誉奖」(基础科学：数理)。2019年获「有庠科技讲座」(绿色科技)及东元奖(化工/材料科技领域)。2020年获教育部学术奖与化学会学术奖章。至今论文发表于已发表600篇英文论文于国际期刊，被引用总次数达28,756次，h-index为87。获得专利200余件。