Multi-functional integrated design of a copper foam-based cathode for high-performance lithium–oxygen batteries

阴极 锂(药物) 材料科学 氧气 金属泡沫 化学工程 复合材料 冶金 化学 电气工程 工程类 有机化学 医学 内分泌学
作者
Jing Lan,Yuran Yu,Fujun Miao,Peng Zhang,Guosheng Shao
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (21): 10283-10291 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d4nr00263f
摘要

Lithium-oxygen batteries (LOBs) with extraordinarily high energy density are some of the most captivating energy storage devices. Designing an efficient catalyst system that can minimize the energy barriers and address the oxidant intermediate and side-product issues is the major challenge regarding LOBs. Herein, we have developed a new type of integrated cathode of Cu foam-supported hierarchical nanowires decorated with highly catalytic Au nanoparticles which achieves a good combination of a gas diffusion electrode and a catalyst electrode, contributing to the synchronous multiphase transport of ions, oxygen, and electrons as well as improving the cathode reaction kinetics effectively. Benefiting from such a unique hierarchical architecture, the integrated cathode delivered superior electrochemical performance, including a high discharge capacity of up to 11.5 mA h cm-2 and a small overpotential of 0.49 V at 0.1 mA cm-2, a favorable energy efficiency of 84.3% and exceptional cycling stability with nearly 1200 h at 0.1 mA cm-2 under a fixed capacity of 0.25 mA h cm-2. Furthermore, density functional theory (DFT) calculations further reveal the intrinsic direct catalytic ability to form/decompose Li2O2 during the ORR/OER process. As a consequence, this work provides an insightful investigation on the structural engineering of catalysts and holds great potential for advanced integrated cathode design for LOBs.
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