Unlock Restricted Capacity via OCe Hybridization for LiOxygen Batteries

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作者
Zhuang Sun,Xiaohui Zhao,Wujie Qiu,Bin Sun,Fan Bai,Jianjun Liu,Tao Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (14) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adma.202210867
摘要

The aprotic Li-O2 battery (LOB) has the highest theoretical energy density of any rechargeable batteries. However, such system is largely restricted by the electrochemically formed lithium peroxide (Li2 O2 ) on the cathode surface, leading ultimately to low actual capacities and early cell death. In contrast to the surface-mediated growth of thin film with a thickness <50 nm, a non-crystalline Li2 O2 film with a thickness of >400 nm can be formed via an optimal OCe hybridized electronic structure. Specially, oxygen can react with dissolved cerium cations in the electrolyte via a cerium-oxygen reaction to form a high-energy faceted cerium oxide catalyst, which not only generates a great number of non-saturable active sites, but also erects electron transport bridges between the lattice O and adjacent Ce atoms. Such CeO orbital hybridization also forms a direct charge transfer channel from Ce-4f of CeO2 to O22-${\rm{O}}_2^{2 - }$ -π* of Li2 O2 , eventually leading to submicron-thick Li2 O2 shells via a subsequent lithium-oxygen reaction. Relying on the above merits, this work unlocks the rechargeable capacities of LOB from restricted 1000 to unprecedented 10 000 mAh g-1 with good cyclabilities and reduced charge-discharge overpotentials.
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