鋰氧(Li-O2)電池具有便攜式電子設備和電動汽車所需的潛力,但其氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)緩慢的動力學阻礙了實際實施。
吉林大學徐吉靜團隊提出銀納米粒子(Ag NPs)的局域表面等離子體共振(LSPR)誘導等離子體熱和熱電子效應可以同時增強ORR、OER的反應動力學,降低反應活化能并提高放電產物選擇性和減輕不利的副反應,從而大大提高了Ag NPs的催化性能。
一方面,等離子體熱效應通過降低反應勢壘、加速轉移來改善ORR、OER的反應動力學。
另一方面,由LSPR誘導的納米粒子表面的高能電荷注入O2的分子軌道以獲得O2δ-,然后與Li+結合形成LiO2,經過二次電子還原,最終生成Li2O2。在充電過程中,Li2O2被氧化釋放出O2和Li+電壓低于空穴的平衡電壓。
此外,研究人員還計算了光化學轉化系數和兩種效應之比對催化活性的定量貢獻。尤其,通過加速氧還原和析出反應,放電電壓顯著提高到3.2174 V,超過了熱力學極限2.96 V,充電電壓降低到3.2487 V(過電位0.0331 V),具有99%的能量轉換效率。
該概念可以擴展到其他類型的電池,例如鋅空氣電池,從而有助于開發先進的儲能系統。
Localized Surface Plasmon Resonance Enhanced Electrochemical Kinetics and Product Selectivity in Aprotic Li-O2 Batteries. Energy Storage Materials, 2021. DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.004
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