Water plays a key role in the nitrogen conversion pathway in lithium-nitrogen batteries

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作者
Fanbo Meng,Jiayao Qin,Xingyu Xiong,Haolin Zhang,Min Zhu,Renzong Hu
出处
期刊:Cell reports physical science [Elsevier BV]
卷期号:4 (3): 101307-101307 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101307
摘要

Lithium-nitrogen batteries can deliver high energy densities using environmentally friendly and abundant nitrogen as a resource. According to previous studies, the nitrogen conversion pathway is expected to consist of formation and decomposition of lithium nitride. However, the reaction deserves more attention prior to forming a consensus. The thermodynamic equilibrium reaction potential for lithium nitride is low, 0.44 V, versus Li/Li+, which is far from the higher operational experimental potentials. In this work, with a series of characterizations from macro- to microscale in initial and subsequent cycles, we reveal that trace water in the electrolyte would promote the nitrogen reduction reaction at a higher working potential in the discharge process. We invoke a reaction in the water-containing battery where formation of lithium amide and lithium hydroxide is key. This finding suggests a new nitrogen conversion pathway in lithium-nitrogen batteries and will provide insight for further studies on metal-nitrogen batteries.
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