Hierarchically Interconnected 3D Catalyst Structure of Porous Multi‐Metal Oxide Nanofibers for High‐Performance Li–O2 Batteries

过电位 材料科学 阴极 多孔性 化学工程 氧化物 静电纺丝 电化学 催化作用 纳米纤维 电流密度 纳米技术 电极 复合材料 冶金 化学 物理化学 工程类 物理 量子力学 聚合物 生物化学
作者
Keon Beom Lee,Seunghwan Jo,Liting Zhang,Min‐Cheol Kim,Jung Inn Sohn
出处
期刊:Small methods [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smtd.202301728
摘要

Abstract Non‐aqueous lithium‐oxygen batteries (LOBs) have emerged as a promising candidate due to their high theoretical energy density and eco‐friendly cathode reaction materials. However, LOBs still suffer from high overpotential and poor cycling stability resulting from difficulties in the decomposition of discharge reaction Li 2 O 2 products. Here, a 3D open network catalyst structure is proposed based on highly‐thin and porous multi‐metal oxide nanofibers (MMONFs) developed by a facile electrospinning approach coupled with a heat treatment process. The developed hierarchically interconnected 3D porous MMONFs catalyst structure with high specific surface area and porosity shows the enhanced electrochemical reaction kinetics associated with Li 2 O 2 formation and decomposition on the cathode surface during the charge and discharge processes. The uniquely assembled cathode materials with MMONFs exhibit excellent electrochemical performance with energy efficiency of 82% at a current density of 50 mA g −1 and a long‐term cycling stability over 100 cycles at 200 mA g −1 with a cut‐off capacity of 500 mAh g −1 . Moreover, the optimized cathode materials exhibit a remarkable energy density of 1013 Wh kg −1 at the 100th discharge and charge cycle, which is nearly four times higher than that of C/NMC721, which has the highest energy density among the cathode materials currently used in electric vehicles.

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