郑州大学周震教授和张彰博士研究展望：CO₂在储能中的多元化发展

研究背景

近年来随着化石燃料的不断开采与使用，带来化石燃料储量的急剧减少以及CO₂的排放量增高的严重后果。如何将能量存储与转化和减少CO₂排放结合起来，将会带来双赢的效果。Li/Na-CO₂电池是现如今能将二者结合起来的最佳选择，然而，Li/Na-CO₂电池仍存在电化学性能不足和反应机理不明确的问题。为此，改善目前的困境需要大量的努力和创新方向。

近日，郑州大学周震教授和张彰博士基于实验室已开展研究，并结合文献报道，在Green Chemical Engineering（GreenChE）上发表了题为“Diversified Development of CO₂ in Energy Storage”的研究展望（https://doi.org/10.1016/j.gce.2020.10.003）。文章总结了Li/Na-CO₂电池的最新研究进展，并对CO₂在其他领域进行展望。

内容概述

首先，应合理评估Li/Na-CO₂电池的基本电化学机理，不应局限于现有的反应（4M + 3CO₂ → 2M₂CO₃ + C）。其次，有效的催化剂和独特的电解质的使用也将带来惊喜，最近Kang研究组（图1）采用五元熔盐电解质和Ru-C催化剂赋予Li-CO₂电池优异的电化学性能，并提出新的Li₂CO₃分解机制。再者，CO₂的引入对SEI膜的稳定也起到了建设性的作用，这将有效的控制金属负极枝晶。近期张新波课题组（图2）提出CO₂不仅促进锂负极上原位形成钝化的Li₂CO₃ SEI保护膜，而且通过捕获O₂^-限制副反应的发生。最后，CO₂在Zn/Al-CO₂ 电池，Mg-CO₂电池，K-CO₂ 电池，钠-菲醌电池都有独特作用。

图1. 五元熔盐与钌催化剂之间的协同作用对Li-CO₂电池的作用。

图2. CO₂在Li-O₂/CO₂电池中的稳定作用。

总结与展望

展望未来，金属-CO₂电池可能将在许多先进领域发挥独特的作用，如科学探索和未来火星移民，以及在潜艇上不过滤CO₂的海水淡化装置。此外，光辅助Li-CO₂电池为金属-CO₂电池的多样化发展提供了广泛的选择。

文章信息

Title：Diversified development of CO₂ in energy storage

Authors：Zhang Zhang*, Linlin Zhao, Zhaojun Xie, Zhen Zhou^*

DOI：doi.org/10.1016/j.gce.2020.10.003

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原文链接: https://doi.org/10.1016/j.gce.2020.09.006

通讯作者简介

周震，主持(含已结题)863计划、国家自然科学基金重点项目、重大研究计划培育项目及面上项目共10余项。在Chem. Soc. Rev.、Prog. Mater. Sci.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater.等期刊上发表论文300余篇。论文被他人引用约20000次，h-index为90。2014-2019年连续六年入围“爱思唯尔”中国高被引学者榜。2018和2019年入选“科睿唯安”全球高被引科学家。2020年入选英国皇家化学会会士(FRSC)。现为Journal of Materials Chemistry A、Materials Advances和Green Energy and Environment副主编、JPCA/B/C、《过程工程学报》、《电化学》和《电源技术》编委以及中国电子学会化学与物理电源技术分会第八届委员会委员。

张彰，1990年出生于湖北黄石，2016年毕业于南开大学，获得工学博士学位，导师为周震教授。主要研究兴趣是设计纳米结构新能源材料及能源存储体系。在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.等顶级期刊上发表SCI摘录论文10余篇。论文被引用960余次。2016年入选信阳师范学院“南湖学者青年计划”。2016年分别得到河南省自然科学基金和国家自然科学基金青年项目资助。

期刊简介

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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