Why charging Li–air batteries with current low-voltage mediators is slow and singlet oxygen does not explain degradation

化学 氧化还原 电解质 歧化 单线态氧 法拉第效率 锂(药物) 降级(电信) 离子 动力学 马库斯理论 化学物理 氧气 纳米技术 反应速率常数 无机化学 电极 物理化学 催化作用 有机化学 材料科学 电气工程 医学 物理 量子力学 内分泌学 工程类
作者
Sunyhik D. Ahn,Ceren Zor,Sixie Yang,Marco Lagnoni,Daniel Dewar,Tammy Nimmo,Chloe Chau,Max Jenkins,Alexander J. Kibler,Alexander Pateman,Gregory J. Rees,Xiangwen Gao,Paul Adamson,Nicole Grobert,Antonio Bertei,Lee Johnson,Peter G. Bruce
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:15 (7): 1022-1029 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41557-023-01203-3
摘要

Although Li–air rechargeable batteries offer higher energy densities than lithium-ion batteries, the insulating Li2O2 formed during discharge hinders rapid, efficient re-charging. Redox mediators are used to facilitate Li2O2 oxidation; however, fast kinetics at a low charging voltage are necessary for practical applications and are yet to be achieved. We investigate the mechanism of Li2O2 oxidation by redox mediators. The rate-limiting step is the outer-sphere one-electron oxidation of Li2O2 to LiO2, which follows Marcus theory. The second step is dominated by LiO2 disproportionation, forming mostly triplet-state O2. The yield of singlet-state O2 depends on the redox potential of the mediator in a way that does not correlate with electrolyte degradation, in contrast to earlier views. Our mechanistic understanding explains why current low-voltage mediators (<+3.3 V) fail to deliver high rates (the maximum rate is at +3.74 V) and suggests important mediator design strategies to deliver sufficiently high rates for fast charging at potentials closer to the thermodynamic potential of Li2O2 oxidation (+2.96 V). Ultra-high-capacity Li–air batteries have low Coulombic efficiency and degrade during re-charging, resulting in a poor cycle life. Redox mediators enable improvements but only at undesirably high potentials. The origin of this high potential and the impact of purported reactive intermediates has now been elucidated by resolving the charging mechanism using Marcus theory.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
daisyee发布了新的文献求助30
1秒前
1秒前
背完单词好睡觉完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
1秒前
gengren163应助筱筱采纳,获得10
2秒前
小蘑菇应助风渐渐采纳,获得30
2秒前
red发布了新的文献求助10
3秒前
晨曦发布了新的文献求助10
3秒前
SRn嘿嘿发布了新的文献求助30
4秒前
5秒前
fkljdaopk完成签到,获得积分10
6秒前
苯酚完成签到 ,获得积分10
6秒前
仲天与发布了新的文献求助10
6秒前
Grace完成签到,获得积分10
8秒前
15发布了新的文献求助10
8秒前
冰冰完成签到,获得积分10
9秒前
米妮完成签到,获得积分20
10秒前
ZWZ发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
11秒前
daisyee完成签到,获得积分10
11秒前
CX发布了新的文献求助10
11秒前
任小九完成签到 ,获得积分10
12秒前
12秒前
13秒前
超帅pzc发布了新的文献求助10
15秒前
汉堡包应助aspirin采纳,获得10
17秒前
小二郎应助nonononono采纳,获得10
17秒前
pp发布了新的文献求助10
17秒前
古木完成签到,获得积分10
18秒前
zip完成签到,获得积分10
18秒前
不安青牛应助lo采纳,获得10
18秒前
20秒前
香蕉觅云应助我想@科研采纳,获得10
21秒前
稳重飞飞发布了新的文献求助10
22秒前
意难平完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
sun完成签到,获得积分10
22秒前
可研完成签到,获得积分10
23秒前
高分求助中
Teaching Social and Emotional Learning in Physical Education 900
Plesiosaur extinction cycles; events that mark the beginning, middle and end of the Cretaceous 800
Recherches Ethnographiques sue les Yao dans la Chine du Sud 500
Two-sample Mendelian randomization analysis reveals causal relationships between blood lipids and venous thromboembolism 500
Chinese-English Translation Lexicon Version 3.0 500
[Lambert-Eaton syndrome without calcium channel autoantibodies] 440
Wisdom, Gods and Literature Studies in Assyriology in Honour of W. G. Lambert 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2389457
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2095431
关于积分的说明 5277372
捐赠科研通 1822558
什么是DOI,文献DOI怎么找? 908975
版权声明 559516
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 485712