Superoxide Stabilization and a Universal KO2 Growth Mechanism in Potassium–Oxygen Batteries

电解质 重量分析 电池(电) 化学 电化学 氧气 电极 二甲基亚砜 扩散 溶剂 化学工程 超氧化物 无机化学 物理化学 有机化学 热力学 功率(物理) 工程类 物理
作者
Wanwan Wang,Nien‐Chu Lai,Zhuojian Liang,Yu Wang,Yi‐Chun Lu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:57 (18): 5042-5046 被引量:69
标识
DOI:10.1002/anie.201801344
摘要

Abstract Rechargeable potassium–oxygen (K‐O 2 ) batteries promise to provide higher round‐trip efficiency and cycle life than other alkali–oxygen batteries with satisfactory gravimetric energy density (935 Wh kg −1 ). Exploiting a strong electron‐donating solvent, for example, dimethyl sulfoxide (DMSO) strongly stabilizes the discharge product (KO 2 ), resulting in significant improvement in electrode kinetics and chemical/electrochemical reversibility. The first DMSO‐based K‐O 2 battery demonstrates a much higher energy efficiency and stability than the glyme‐based electrolyte. A universal KO 2 growth model is developed and it is demonstrated that the ideal solvent for K‐O 2 batteries should strongly stabilize superoxide (strong donor ability) to obtain high electrode kinetics and reversibility while providing fast oxygen diffusion to achieve high discharge capacity. This work elucidates key electrolyte properties that control the efficiency and reversibility of K‐O 2 batteries.
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