Rational design of redox mediators for advanced Li–O2 batteries

过电位 催化作用 氧化还原 电解质 合理设计 化学 材料科学 组合化学 电化学 纳米技术 化学工程 无机化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Hee‐Dae Lim,Byungju Lee,Yongping Zheng,Jihyun Hong,Jin‐Soo Kim,Hyeokjo Gwon,Youngmin Ko,Minah Lee,Kyeongjae Cho,Kisuk Kang
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:1 (6) 被引量:351
标识
DOI:10.1038/nenergy.2016.66
摘要

The discovery of effective catalysts is an important step towards achieving Li–O2 batteries with long cycle life and high round-trip efficiency. Soluble-type catalysts or redox mediators (RMs) possess great advantages over conventional solid catalysts, generally exhibiting much higher efficiency. Here, we select a series of organic RM candidates as a model system to identify the key descriptor in determining the catalytic activities and stabilities in Li–O2 cells. It is revealed that the level of ionization energies, readily available parameters from a database of the molecules, can serve such a role when comparing with the formation energy of Li2O2 and the highest occupied molecular orbital energy of the electrolyte. It is demonstrated that they are critical in reducing the overpotential and improving the stability of Li–O2 cells, respectively. Accordingly, we propose a general principle for designing feasible catalysts and report a RM, dimethylphenazine, with a remarkably low overpotential and high stability. Soluble catalysts such as redox mediators are promising in enhancing energy efficiency of Li–O2 batteries. Here, the authors propose a design principle for finding efficient redox mediators and demonstrate the application of such a new catalyst.
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