Atomic Ni-catalyzed cathode and stabilized Li metal anode for high-performance Li–O2 batteries

阳极 阴极 催化作用 材料科学 金属 金属锂 化学 电极 冶金 物理化学 有机化学
作者
Tiansheng Bai,Jiaxian Wang,Hongqiang Zhang,Fengjun Ji,Wei Song,Shenyi Xiao,Dandan Gao,Jingyu Lu,Lijie Ci,Deping Li
出处
期刊:eScience [Elsevier]
卷期号:5 (1): 100310-100310 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.esci.2024.100310
摘要

The Li–O2 battery (LOB) has attracted growing interest, including for its great potential in next-generation energy storage systems due to its extremely high theoretical specific capacity. However, a series of challenges have seriously hindered LOB development, such as sluggish kinetics during the oxygen reduction and oxygen evolution reactions (ORR/OER) at the cathode, the formation of lithium dendrites, and undesirable corrosion at the lithium metal anode. Herein, we propose a strategy based on the ultra-low loading of atomic Ni catalysts to simultaneously boost the ORR/OER at the cathode while stabilizing the Li metal anode. The resultant LOB delivers a superior discharge capacity (> 16,000 ​mA​h ​g−1), excellent long-term cycling stability (> 200 cycles), and enhanced high rate capability (> 300 cycles @ 500 ​mA ​g−1). The working mechanisms of these atomic Ni catalysts are revealed through carefully designed in situ experiments and theoretical calculations. This work provides a novel research paradigm for designing high-performance LOBs that are useable in practical applications.
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