Molecular Unravelling of the Structural Effect of Quinone Redox Mediators on Oxygen Reduction Reaction in Aprotic Lithium–Oxygen Batteries

氧化还原 化学 氧气 锂(药物) 氧还原反应 氧还原 电化学 无机化学 有机化学 电极 医学 内分泌学 物理化学
作者
Yu‐Wei Su,Zhiwei Zhao,Long Pang,Erkang Wang,Zhangquan Peng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (43): 13520-13527 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c02819
摘要

Redox mediators (RMs) provide tantalizing solutions to unlock the energy capabilities of aprotic lithium-oxygen (Li-O2) batteries by driving solution-mediated Li2O2 growth. However, the structural effect of RMs on the catalytic efficiency of the oxygen reduction reaction remains incompletely understood. Herein, we present the interplay between the structure of RMs and their discharge capabilities by a comparative study of model quinone (Q)-based RMs. Specifically, at low current densities, incorporating electron-withdrawing groups onto the Q ring can positively move the discharge potential and deliver larger discharge capacity by extending the lifespan of the LiQO2 intermediate and allowing for Li2O2 growth into deeper electrolyte regions. Conversely, at high current densities, the absence of electron-withdrawing groups facilitates homogeneous reaction kinetics from LiQ to regenerate Q (i.e., decreased lifespan of LiQO2), mitigating electrode potential polarization and preserving catalytic activity of Q for higher discharge capacity. The work establishes structure-property relationships that guide the rational design of RMs toward next-generation Li-O2 batteries.
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