Interfacial Super‐Assembled Porous CeO2/C Frameworks Featuring Efficient and Sensitive Decomposing Li2O2 for Smart Li–O2 Batteries

材料科学 阴极 化学工程 电池(电) 多孔性 纳米技术 催化作用 物理化学 复合材料 热力学 化学 生物化学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Yue Hou,Jun Wang,Jiaqing Liu,Chuanxin Hou,Zhaohong Xiu,Yuqi Fan,Lanling Zhao,Yanjie Zhai,Hongyu Li,Jie Zeng,Xiang Gao,Shan Zhou,Dongwei Li,Yong Li,Feng Dang,Kang Liang,Pu Chen,Chang Ming Li,Dongyuan Zhao,Biao Kong
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (40) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/aenm.201901751
摘要

Abstract The Li–O 2 battery (LOB) represents a promising candidate for future electric vehicles owing to its outstanding energy density. However, the practical application of LOB cells is largely blocked by the poor cycling performance of cathode materials. Herein, an ultralong 440‐cycle life of an LOB cell is achieved using CeO 2 nanocubes super‐assembled on an inverse opal carbon matrix as the cathode material without any additives. CeO 2 is proved to be effective for the complete and sensitive decomposition of loosely stacked Li 2 O 2 films during the oxygen evolution reaction process and full accommodation of volume changes caused by the fast growth of Li 2 O 2 films during the oxygen reduction reaction process. The super‐assembled porous CeO 2 /C frameworks satisfy critical requirements including controlled size, morphology, high Ce 3+ /Ce 4+ ratio, and efficient volume change accommodation, which dramatically increase the cycle life of LOB cell to 440 cycles. This study reveals the design strategy for high performance CeO 2 catalyst cathodes for LOB cells and the generation mechanisms of Li 2 O 2 films during the discharge process by using density functional theory calculations, showing new avenues for improving the future smart design of CeO 2 ‐based cathode catalysts for Li–O 2 batteries.

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