具有超高理論能量密度的鋰-氧電池被認(rèn)為是極具競爭力的下一代儲能器件，但目前放電產(chǎn)物分解困難等問題嚴(yán)重阻礙了其實際應(yīng)用。

在此，清華大學(xué)陳晨，Zhang Yu等人開發(fā)了N摻雜的碳錨定原子分散 Ru 位點的開放式中空結(jié)構(gòu)正極催化劑（h-RuNC），用于鋰-氧電池。

一方面，大量原子分散的 Ru 位點能有效催化放電產(chǎn)物的形成和分解，從而大大提高氧化還原動力學(xué)。另一方面，開放式中空結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了原子分散 Ru 位點的質(zhì)量活性，還提高了催化分子的擴(kuò)散效率。因此，原子分散 Ru 位點的優(yōu)異活性和開放式中空結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)擴(kuò)散分別改善了氧化還原動力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性，最終實現(xiàn)了高性能鋰-氧電池。

圖1. 電池性能

總之，該工作通過刻蝕策略獲得了Ru原子分散的N摻雜碳材料，并將其用作具有開放式中空結(jié)構(gòu)的正極催化劑。通過在N摻雜的碳上形成開放的中空結(jié)構(gòu)并調(diào)節(jié)Ru的分散狀態(tài)，h-RuNC在鋰-氧電池中表現(xiàn)出比Ru粒子（h-RuNPNC）和固體結(jié)構(gòu)（s-RuNC）更優(yōu)越的電化學(xué)性能，可穩(wěn)定循環(huán)近150次。

結(jié)果顯示，經(jīng)過刻蝕劑處理后，載體中的N類型具有調(diào)節(jié)作用，可以增加石墨N的比例，大量原子分散的Ru位點也有效提高了放電產(chǎn)物的形成和分解效率，電池的放電比容量可達(dá)1000 mAh g^-1。得益于結(jié)構(gòu)和活性位點的雙重優(yōu)化，h-RuNC 在鋰-氧電池中具有優(yōu)異的性能，這為優(yōu)化高性能原子分散 M-N-C 催化劑在鋰-氧電池中的應(yīng)用提供了重要思路。

圖2. 循環(huán)前后電極形貌

Atomically Dispersed Ruthenium Catalysts with Open Hollow Structure for Lithium–Oxygen Batteries，Nano-Micro Letters 2023 DOI: 10.1007/s40820-023-01240-0