Evidence for lithium superoxide-like species in the discharge product of a Li–O2 battery

文献情報

出版日 2013-01-17
DOI 10.1039/C3CP00069A
インパクトファクター 3.676
著者

Junbing Yang, Dengyun Zhai, Hsien-Hau Wang, Kah Chun Lau, John A. Schlueter, Peng Du, Deborah J. Myers, Khalil Amine


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要旨

We report on the use of a petroleum coke-based activated carbon (AC) with very high surface area for a Li–O2 battery cathode without the use of any additional metal catalysts. Electrochemical measurement in a tetra(ethylene) glycol dimethyl ether–lithium triflate (TEGDME–LiCF3SO3) electrolyte results in two voltage plateaus during charging at 3.2–3.5 and 4.2–4.3 V versus Li+/Li. Herein we present evidence from Raman and magnetic measurements that the lower plateau corresponds to a form of lithium peroxide with superoxide-like properties characterized by a low temperature magnetic phase transition and a high O–O stretching frequency (1125 cm−1). The magnetic phase transition and the high O–O stretching frequency disappear when charged to above 3.7 V. Theoretical calculations indicate that a surface superoxide structure on lithium peroxide clusters and some lithium peroxide surfaces have an unpaired electron and a high O–O stretching frequency that help explain the observations. These results provide evidence that the form of the lithium peroxide discharge product is important to obtaining a low charge overpotential, and thus improving the round-trip efficiency between discharge and charge.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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