First-Order or Second-Order? Disproportionation of Lithium Superoxide in Li–O2 Batteries

歧化 锂(药物) 订单(交换) 超氧化物 化学 有机化学 医学 业务 催化作用 内科学 财务
作者
Lu He,Jun Huang,Yuhui Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (8): 2033-2038 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c00041
摘要

The disproportionation of LiO2 to Li2O2 is a key step in Li–O2 batteries, and it is regarded as a second-order reaction. However, its mechanism is not well addressed, and its kinetics is rarely studied due to the difficulties of quantifying the rate constants, particularly for high concentrations of superoxide (>10 mM). Here, we quantified the kinetic rate constant by a microkinetic model using a microelectrode tip with a thin diffusion layer and fast response. We report that the reaction order of LiO2 transitions from 1 at high concentrations of superoxide (∼20 mM) to 2 at low concentrations of superoxide (∼1 mM). LiO2 is chemically reduced by free superoxides to form Li2O2 and O2, instead of reacting with another LiO2 via a disproportionation step. This chemical-reduction mechanism explained the change of reaction order and the kinetics profile. As a rate-determining step, this step restricts the overall kinetics of the discharging process and should be the focus of future catalyst design.
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