近日，我院凝聚态物理方向龙丽珍副教授与中山大学孟跃中教授课题组合作，在新能源电池领域取得重要研究进展，该工作以“A Carbon-free and Free-standing Cathode from Mixed-phase TiO2 for Photo-assisted Li-CO2 Battery”为题，被材料科学领域顶级期刊《Small》（中科院SCI一区TOP，影响因子15.153）录用。
锂-二氧化碳电池作为一种新兴二次电池，具有高放电电压（2.8 V）和高理论比容量（1876 Wh/kg）[1]，是非常理想的电化学储能装置，尤其是在高浓度二氧化碳的特殊环境下（如：水下作业或火星探测等）具备独特优势。另一方面，锂-二氧化碳电池以二氧化碳作为阴极反应活性气体，在有机电解液体系下可以将其转化为碳酸锂、草酸锂等，在水系电解液体系下可以通过加氢反应合成甲酸等高附加值产品。因此，锂-二氧化碳电池在二氧化碳固定和储能领域都有着广阔的发展前景。
目前该电池的研发仍处于起步阶段，并面临许多亟待解决的难题。从电化学反应的角度来说，存在的主要问题有：（1）二氧化碳还原反应动力学过程缓慢，导致电极极化严重，放电电压低；（2）放电产物难以分解，导致充电电压高，而高的充电电压将会带来一系列副反应（如：电解质、粘结剂以及碳材料的降解），使电池的循环性能变差。
针对上述问题，团队从半导体能带调控的角度出发，在锂-二氧化碳电池中引入无碳自支撑的半导体TiO2纳米管，巧妙地利用光能补偿作用以及半导体能带结构对充/放电电压的调节作用，来降低电池的充电电压，提高电极的循环稳定性。该工作还通过优化纳米管的长度来平衡光散射和电子传递，同时对TiO2的晶相进行了优化，提高其光生载流子的分离；进一步研究了半导体光生电子和空穴对CO2的反应动力学的影响，最后从半导体光催化的角度提出了光辅助锂-二氧化碳电池充/放电的作用机理。该工作为设计高效的锂-二氧化碳及其它金属-空气电池的光阴极结构提供理论指导。
我院龙丽珍副教授与研究生丁亚亚为该论文共同第一作者，龙丽珍副教授和中山大学孟跃中教授、黄盛副教授为共同通讯作者，广西师范大学为第一单位。该工作得到了国家自然科学基金、广西科技基地与人才专项等项目的支持。
