Ionic Liquid Electrolytes for Metal-Air Batteries: Interactions between O2, Zn2+ and H2O Impurities

离子液体 溶解 无机化学 电化学 电解质 化学 杂质 玻璃碳 析氧 金属 水溶液 氧气 离子键合 剥离(纤维) 离子 电极 材料科学 物理化学 催化作用 循环伏安法 有机化学 复合材料
作者
Dorothea Alwast,Johannes Schnaidt,Zenonas Jusys,R. Jürgen Behm
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:167 (7): 070505-070505 被引量:11
标识
DOI:10.1149/2.0052007jes
摘要

Motivated by the potential of ionic liquids (ILs) to replace traditional aqueous electrolytes in Zn-air batteries, we investigated the effects arising from mutual interactions between O2 and Zn(TFSI)2 as well as the influence of H2O impurities in the oxygen reduction/oxygen evolution reaction (ORR/OER) and in Zn deposition/dissolution on a glassy carbon (GC) electrode in the ionic liquid N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)-imide (BMP-TFSI) by differential electrochemical mass spectrometry. This allowed us to determine the number of electrons transferred per reduced/evolved O2 molecule. In O2 saturated neat BMP-TFSI the ORR and OER were found to be reversible, in Zn2+ containing IL Zn deposition/stripping proceeds reversibly as well. Simultaneous addition of O2 and Zn2+ suppresses Zn metal deposition, instead ZnO2 is formed in the ORR, which is reversible only after excursions to very negative potentials (−1.4 V). The addition of water leads to an enhancement of all processes described above, which is at least partly explained by a higher mobility of O2 and Zn2+ in the water containing electrolytes. Consequences for the operation of Zn-air batteries in these electrolytes are discussed.
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