可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO2和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步, 但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中, 在充放电机理方面的研究, 虽然取得了显著的成就, 但仍存在一些争议。目前, 大部分的锂-二氧化碳电池研究在提高电池性能方面, 主要针对的是阴极催化剂的制备, 例如, 碳基催化剂、贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、可溶性催化剂等。上述催化剂虽显著提高了电池性能, 但少有同时满足价格低廉、制备方法简单和催化性能优异等优点的催化剂, 这也是限制锂-二氧化碳电池走向实际应用的因素之一。由于锂-二氧化碳电池属于半开放式系统, 液态电解液存在泄露、蒸发和锂枝晶等问题, 导致电池的安全性和性能的降低。采用准固态电解质可有效解决上述问题, 并为柔性可穿戴锂-二氧化碳电池的实现提供了可能。本文归纳了锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展, 分别对锂-二氧化碳电池的充放电机理、阴极催化剂、准固态电解质和阳极锂保护四部分进行了介绍, 对其发展的现状和面临的挑战以及未来发展的趋势作出了归纳和总结。为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。

本文以水合三氯化钌溶液作为前驱体, 通过简单的水热法将二氧化钌(RuO2)纳米颗粒均匀负载在碳纳米管(CNT)基底上, 成功制备出二氧化钌纳米颗粒分散均匀且具有三维多孔结构的RuO2-CNT催化阴极。在相互交联的碳纳米管构成的三维多孔结构和RuO2纳米颗粒高效的催化活性的双重作用下, 显著提高了Li-CO2电池的放电容量和循环性能。在100 mA·g-1的电流密度下, 首次放电比容量可达1 912 mAh·g-1。此外, 在电流密度100 mA·g-1和恒定容量为500 mAh·g-1的条件下, 可稳定循环120个周期。本工作为Li-CO2电池催化阴极的设计和制备提供了一种新的思路。

锂二氧化碳电池通过捕获、转化二氧化碳为储能物质，既可以减少二氧化碳排放量又可以作为创新的储能装置，引起了研究者们的广泛关注。但是，目前锂二氧化碳电池还存在着放电容量低，循环性能差等缺点。本文通过对天然松木碳化制备无粘结剂自支撑阴极材料用于锂二氧化碳电池，得益于生物质衍生碳的多孔道特性和自支撑结构，极大地提高了锂二氧化碳电池的放电容量(4.12 mAh?cm-2)和循环性能(55圈)。这种利用天然生物质衍生碳作为自支撑阴极的方法为提高锂二氧化碳电池性能提供了一种新的思路。