Adv. Funct. Mater.：金属二氧化碳电池在能源环境领域应用的最新进展

作为支撑现代人类社会稳定运行的两大支柱，当今电力和化学品的规模化生产仍然严重依赖于化石燃料。而为长久计，化石燃料作为原料存在两大不足：不可再生属性，使用过程产生大量二氧化碳。一方面，人们开始寻找可再生能源替代化石燃料，例如太阳能和风能，来产生电力。与此同时，为解决太阳能和风能发电的非连续稳定性，人们大力发展绿色能源存储转化技术，例如金属氧电池。另一方面，人们也开发了多种二氧化碳固定和转化技术，例如电化学二氧化碳还原技术。近年来，金属二氧化碳电池，一种兼具电力存储和二氧化碳固定功能的新型技术，开始受到越来越多研究者的关注。

南开大学的周震教授（点击查看介绍）课题组和中科院福建物质结构研究所王要兵研究员（点击查看介绍）课题组分别率先深入开展了催化材料在可充电的有机系锂二氧化碳电池和水系锌二氧化碳电池中的应用研究，并致力于研究二氧化碳在电池充放电中的电化学行为及改性正极催化材料对其的影响机制。

近日，周震课题组和王要兵课题组合作在Advanced Functional Materials 上发表了题为“Metal–CO₂ Batteries at the Crossroad to Practical Energy Storage and CO₂ Recycle”的进展报告，详细介绍了近年来金属二氧化碳电池的发展趋势，根据负极活性和二氧化碳电化学行为对金属二氧化碳电池进行了分类总结，并深入探讨了两种金属二氧化碳电池对正极催化材料的不同要求及其起源，最后对金属二氧化碳电池技术在能源和环境领域中的研究方向和应用前景（图1）进行了展望。

图1. 金属二氧化碳电池技术支持人类社会可持续发展的概念图

文章首先简要介绍了金属二氧化碳电池的研究历史，最初起源于二氧化碳对金属（锂和钠）氧电池的影响研究。接着介绍了两类金属二氧化碳电池：以高活性负极锂/钠为代表的锂/钠二氧化碳电池，二氧化碳转化产物多为碳酸盐和碳，具有高电位区间和高能量密度；以较高活性负极锌/铝为代表的锌/铝二氧化碳电池，二氧化碳产物可为草酸盐、一氧化碳和甲酸等，具有产物多样、不惧水氧的特点。紧接着，文章介绍了二氧化碳在两类金属二氧化碳电池中的典型电化学行为。基于不同的反应机理，文章详细对比讨论了研究者们在设计合成两类金属二氧化碳电池的正极材料中的成果，并重点分析了两类金属二氧化碳电池应用在电力存储和化学品生产中的不同优势。最后，文章阐述了两类金属二氧化碳电池的将来可能发展方向，并提出耦合高活性负极和产物多样化的新型杂化水/有机金属二氧化碳电池的新设想。

这一进展报告发表在Advanced Functional Materials 上，第一作者是中科院福建物质结构研究所谢佳芳副研究员，通讯作者为南开大学周震教授和中科院福建物质结构研究所王要兵研究员。

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Metal–CO₂ Batteries at the Crossroad to Practical Energy Storage and CO₂ Recycle

Jiafang Xie, Zhen Zhou, Yaobing Wang

Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 1908285, DOI: 10.1002/adfm.201908285

周震教授简介

周震，南开大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，南开大学新能源材料化学研究所所长。1999年于南开大学获得理学博士后留校成为助理研究员。2001-2005年在日本名古屋大学在日本学术振兴会等机构资助下作博士后研究。2005年后回到南开大学继续从事教学科研工作。研究兴趣是通过实验与高性能计算相结合设计新能源材料及能源储存体系，目前已在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文近300篇。论文被他人引用17000余次，h-index为79。2014-2018年连续五年入围爱思唯尔中国高被引学者榜。2014年获得天津市自然科学二等奖(第一完成人)。2018和2019年入选科睿唯安全球高被引科学家。2019年被评委天津市优秀科技工作者。2020年入选英国皇家化学会会士(FRSC)。现任Journal of Materials Chemistry A、Materials Advances和Green Energy and Environment副主编、《过程工程学报》、《电化学》、《电源技术》编委和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。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11977

王要兵研究员简介

王要兵，中国科学院福建物质结构研究所研究员，博士生导师。2008年在中国科学院化学研究所获得物理化学博士学位（导师：姚建年院士），随后从事博士后研究，2009年于深圳从事石墨烯产业化项目工作。2012年底加入中国科学院福建物质结构研究所。研究兴趣是电催化材料合成及其能源环境应用研究。近5年以通讯作者在Acc. Chem. Res.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.和Adv. Funct. Mater.等发表文章40余篇，SCI总他引2000余次，单篇论文最高引用达300余次，3篇论文入选ESI前1%“高被引论文”。

https://www.x-mol.com/university/faculty/22983