Sequential Structural Evolution Triggered by O─O Dimerization in Oxygen‐Redox Reactions

氧化还原 材料科学 氧气 析氧 氧还原反应 光化学 化学工程 电化学 化学 物理化学 有机化学 电极 工程类 冶金
作者
Xiang‐Mei Shi,Kosuke Kawai,Masashi Okubo,Atsuo Yamada
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (13) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/aenm.202405714
摘要

Abstract The participation of oxygen in electrochemical reactions increases the capacity of lithium‐ion battery positive electrodes beyond conventional cationic‐redox limits. However, structural degradation due to oxidized oxide ions significantly reduces the discharge voltage compared with that in the first charge, mostly with a capacity loss. In this study, it is shown that O─O dimerization triggers transition‐metal migration in an oxygen‐redox positive electrode upon charging. First‐principles calculations are performed to reveal the thermodynamic and kinetic energy landscapes of the full structural evolution of a typical lithium‐rich oxide, i.e., Li 1.2 Ni 0.13 Co 0.13 Mn 0.54 O 2 . The oxygen oxidation process can be divided into three sequential steps: i) generation of persistent oxidized oxide ion O − ; ii) peroxide formation; and iii) transition‐metal migration. The elusive use of O 2− /O − while blocking O─O dimerization is the key to avoiding structural degradation due to transition‐metal migration and realizing energy‐efficient oxygen‐redox reactions.
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