Ultrafast Charging Enabled by Soft Ion Channels on Layered Transition Oxide Cathodes in Aqueous Li‐Ion Batteries

材料科学 阴极 法拉第效率 水溶液 电解质 电化学 极化(电化学) 密度泛函理论 分子 化学工程 离子 电极 氧化物 阳极 纳米技术 电池(电) 电流密度 光谱学 化学物理 光电子学 无机化学 介电谱
作者
E. Choi,Suim Lim,Hyunjeong Oh,Yuki Orikasa,Toshiaki Ohta,Kanghoon Yim,Hye Ryung Byon
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (10) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202505594
摘要

ABSTRACT High‐power battery systems are essential for electric vehicles and grid stability, yet their development hinges on optimizing ion transport at the electrode–electrolyte interface to minimize Li + migration barriers and suppress parasitic reactions. Here, we demonstrated a molecularly engineered interfacial ion channel on LiCoO 2 (LCO) using amphiphilic lithium dodecyl sulfate (DS), which enabled ultrafast and durable performance in aqueous media. The DS molecules assembled into dynamic interfacial architectures that facilitated efficient Li + transport, delivering remarkable rate capability of ∼82 mAh g −1 at a 10C rate for 1000 cycles and ∼80 mAh g −1 at 15C for 500 cycles with Coulombic efficiencies of 99.49% and 99.51%, respectively. In situ electrochemical infrared spectroscopy revealed that DS adopted a sulfate‐headgroup‐downward orientation predominantly, while voltage polarization drove incorporation of upward‐oriented molecules from the bulk electrolyte solution. Density functional theory (DFT) calculations showed that the downward configuration lowers Li + extraction barriers during charging, while the mixed orientation facilitates Li + insertion during discharging. Experimentally, the well‐designed DS layer increased Li + mobility by nearly an order of magnitude compared to the DS‐free system. These synergistic effects underpin the exceptional rate performance and highlight the effectiveness of molecularly engineered ion channels in enabling high‐power Li‐ion batteries.
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