Enhancing the Reaction Kinetics and Reversibility of Li–O2 Batteries by Multifunctional Polymer Additive

材料科学 动力学 聚合物 电解质 阳极 超氧化物 电化学 化学工程 电极 化学 复合材料 物理化学 有机化学 工程类 物理 量子力学
作者
Xiaohong Wu,Ben Niu,Haitang Zhang,Zhengang Li,Haiyan Luo,Yonglin Tang,Xiaoyu Yu,Ling Huang,Xianru He,Xin Wang,Yu Qiao,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (3) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/aenm.202203089
摘要

Abstract As a potential candidate for next‐generation energy storage systems, Li–O 2 batteries (LOBs) with their attractive theoretical energy density have triggered great interest. However, tough issues of sluggish oxygen reduction reaction/oxygen evolution reaction (ORR/OER) kinetics, poor rechargeability, superoxide‐derived side reactions, and Li‐metal corrosion in LOBs limit their practical applications. Herein, a poly(2,2,2‐trifluoroethyl methacrylate) (PTFEMA) additive is introduced into the typical electrolyte, giving superior cycling performance to LOBs. Enabling strong solvation of Li + , PTFEMA regulates a uniform Li + flow at the cathode and anode sides of LOBs. Induced by homogeneous Li + flux and favorable adsorption with superoxide species, PTFEMA promotes superoxide transformation in the ORR and inhibits superoxide‐induced parasitic reactions. Uniform Li + flux gives evenly‐distributed Li 2 O 2 that can be completely decomposed during OER. In addition, PTFEMA protects Li‐metal against corrosion from O 2 , superoxide, and byproducts shuttle. Hence, accelerated ORR/OER kinetics, facilitated rechargeability, suppressed superoxide‐derived side reactions, and well‐protected Li‐metal can be simultaneously realized with PTFEMA, resulting in significantly enhanced electrochemical performance of LOBs. This electrolyte engineering involving facile multifunctional polymer additives provides a practical alternative to complex componential optimization toward commercial LOBs and gives insight to the understanding of uniform Li + flux on reaction kinetics and reversibility.
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