A high-energy-density lithium-oxygen battery based on a reversible four-electron conversion to lithium oxide

过电位 锂(药物) 电解质 法拉第效率 化学 电化学 无机化学 氧化物 双功能 氧化还原 氧气 催化作用 阴极 电极 物理化学 有机化学 内分泌学 医学
作者
Chun Xia,Chun Yuen Kwok,Linda F. Nazar
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:361 (6404): 777-781 被引量:344
标识
DOI:10.1126/science.aas9343
摘要

Lithium-oxygen (Li-O2) batteries have attracted much attention owing to the high theoretical energy density afforded by the two-electron reduction of O2 to lithium peroxide (Li2O2). We report an inorganic-electrolyte Li-O2 cell that cycles at an elevated temperature via highly reversible four-electron redox to form crystalline lithium oxide (Li2O). It relies on a bifunctional metal oxide host that catalyzes O-O bond cleavage on discharge, yielding a high capacity of 11 milliampere-hours per square centimeter, and O2 evolution on charge with very low overpotential. Online mass spectrometry and chemical quantification confirm that oxidation of Li2O involves transfer of exactly 4 e-/O2 This work shows that Li-O2 electrochemistry is not intrinsically limited once problems of electrolyte, superoxide, and cathode host are overcome and that coulombic efficiency close to 100% can be achieved.
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