A versatile functionalized ionic liquid to boost the solution-mediated performances of lithium-oxygen batteries

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作者
Jinqiang Zhang,Bing Sun,Yufei Zhao,Anastasia Tkacheva,Zhenjie Liu,Kang Yan,Xin Yu Guo,Andrew M. McDonagh,Devaraj Shanmukaraj,Chengyin Wang,Teófilo Rojo,Michel B. Armand,Zhangquan Peng,Guoxiu Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1): 602-602 被引量:202
标识
DOI:10.1038/s41467-019-08422-8
摘要

Due to the high theoretical specific energy, the lithium-oxygen battery has been heralded as a promising energy storage system for applications such as electric vehicles. However, its large over-potentials during discharge-charge cycling lead to the formation of side-products, and short cycle life. Herein, we report an ionic liquid bearing the redox active 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy moiety, which serves multiple functions as redox mediator, oxygen shuttle, lithium anode protector, as well as electrolyte solvent. The additive contributes a 33-fold increase of the discharge capacity in comparison to a pure ether-based electrolyte and lowers the over-potential to an exceptionally low value of 0.9 V. Meanwhile, its molecule facilitates smooth lithium plating/stripping, and promotes the formation of a stable solid electrolyte interface to suppress side-reactions. Moreover, the proportion of ionic liquid in the electrolyte influences the reaction mechanism, and a high proportion leads to the formation of amorphous lithium peroxide and a long cycling life (> 200 cycles). In particular, it enables an outstanding electrochemical performance when operated in air.
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