Breaking the Capacity‐Reversibility Linear Trade‐Off in Li–O 2 Batteries via Amorphous Non‐Precious High‐Entropy Alloy Catalysts

过电位 材料科学 催化作用 无定形固体 化学工程 电化学 合金 电流密度 吸附 电池(电) 再分配(选举) 多孔性 能量密度 功率密度 纳米技术 非晶态金属 活化能 电化学动力学 比表面积 冶金 过渡金属 比能量
作者
Yingqi Fan,Yifan Di,Hao Chen,Dapeng Liu,Gang Huang,Yu Zhang,Xinbo Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.75403
摘要

ABSTRACT Lithium–oxygen (Li–O 2 ) batteries suffer from sluggish reaction kinetics and rely on precious metal‐based catalysts to facilitate the reaction process. Despite being effective, these costly catalysts would inevitably introduce a critical trade‐off between capacity and reversibility, compromising the high energy density advantage of Li–O 2 batteries. In this study, we have designed an amorphous non‐precious MnFeCoNiCu high‐entropy alloy (A‐HEA) catalyst via a mild liquid‐phase reduction strategy to break the above inherent linear trade‐off. The amorphous and porous structure of A‐HEA could provide a large electrochemical active surface area, diluting the local current density to promote the solution‐mediated discharge pathway. This enables the growth of large‐sized Li 2 O 2 to deliver a discharge capacity reaching 10.8 mAh cm −2 . Additionally, the multielemental synergistic electron redistribution of A‐HEA optimizes the d ‐band center to strengthen the LiO 2 adsorption and weaken the O─O bonding, reducing the overpotential to 0.75 V and extending the battery lifetime by 4−5 times compared to the crystalline counterparts. Importantly, the A‐HEA can be produced at a scale of over 100 g and works well in Li–O 2 pouch cells with a rate capability up to 400 mA and an energy density of 754 Wh kg −1 (560 Wh kg −1 even at −30°C).
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