吉大/长春理工AEM：基于MoS2/Pd 正极压电催化和能带弯曲助力Li−O2电池

氧还原（ORR）和氧催化（OER）的缓慢动力学导致的高过电位极大地限制了锂-氧（Li-O₂）电池的实际应用。采用基于新开发的压电催化的力场辅助系统有望降低过电位。

在此，吉林大学徐吉静，长春理工大学刘万强，郑州工程技术学院王焕锋等人首次采用MoS₂/Pd纳米复合正极构建力辅助Li-O₂电池，在超声激活下，MoS₂压电催化剂形成压电极化和内置电场，导致电子和空穴不断分离，增强ORR和OER动力学。此外，钯的引入促进了电子的转移，进一步抑制了电子-空穴对的络合，增强了放电产物分解/生成的催化活性，降低了放电/充电过电位。

因此，力辅助MoS₂/Pd基Li-O₂电池可以通过辅助超声波调节输出和输入能量。实现了2.86 V的超低充电平台和2.77 V的高放电平台。通过有效地减少和分离CO₂和CO₃^2-，所提出的独特的力辅助策略也可以应用于Li-CO₂电池系统。

图1. 电化学性能

总之，该工作提出了一种力场辅助策略，利用压电催化在力场作用下构建用于Li-O₂电池的MoS₂/Pd压电催化复合正极。利用超声激活的压电效应，在 MoS₂/Pd 纳米复合正极中形成局部电场，使MoS₂的能带倾斜，导致电子-空穴对的有利分离，从而增强Li-O₂电池中的氧还原和氧催化反应。同时，掺杂的贵金属Pd能进一步促进电荷载流子的快速分离，从而加速放电/充电过程中的反应动力学，降低放电和充电过电位。

此外，根据理论计算和有限元模拟发现，在超声波作用下，MoS₂/Pd 的正负电荷会分离并重新排列，有利于电子的吸附反应。因此，基于压电效应和能带弯曲而提出的力辅助Li-O₂ 和Li-CO₂电池为实现高效的金属-空气电池提供了创新的见解。

图2. 作用机制

A Force-Assisted Li−O2 Battery Based on Piezoelectric Catalysis and Band Bending of MoS2/Pd Cathode, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303215

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