In situ observation of the electrochemical behavior of Li–CO2/O2 batteries in an environmental transmission electron microscope

电化学 电池(电) 阴极 电极 材料科学 泄流深度 透射电子显微镜 分析化学(期刊) 化学 化学工程 纳米技术 物理化学 物理 热力学 功率(物理) 工程类 色谱法
作者
Peng Jia,Yunna Guo,Dongliang Chen,Jingming Yao,Xuedong Zhang,Jianguo Lü,Yuqing Qiao,Liqiang Zhang
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
卷期号:6 (4) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/cey2.424
摘要

Abstract Li–CO 2 /O 2 batteries, a promising energy storage technology, not only provide ultrahigh discharge capacity but also capture CO 2 and turn it into renewable energy. Their electrochemical reaction pathways' ambiguity, however, creates a hurdle for their practical application. This study used copper selenide (CuSe) nanosheets as the air cathode medium in an environmental transmission electron microscope to in situ study Li–CO 2 /O 2 (mix CO 2 as well as O 2 at a volume ratio of 1:1) and Li–O 2 batteries as well as Li–CO 2 batteries. Primary discharge reactions take place successively in the Li–CO 2 /O 2 –CuSe nanobattery: (I) 4Li + + O 2 + 4e − → 2Li 2 O; (II) Li 2 O + CO 2 → Li 2 CO 3 . The charge reaction proceeded via (III) 2Li 2 CO 3 → 4Li + + 2CO 2 + O 2 + 4e − . However, Li–O 2 and Li–CO 2 nanobatteries showed poor cycling stability, suggesting the difficulty in the direct decomposition of the discharge product. The fluctuations of the Li–CO 2 /O 2 battery's electrochemistry were also shown to depend heavily on O 2 . The CuSe‐based Li–CO 2 /O 2 battery showed exceptional electrochemical performance. The Li–CO 2 /O 2 battery offered a discharge capacity apex of 15,492 mAh g −1 and stable cycling 60 times at 100 mA g −1 . Our research offers crucial insight into the electrochemical behavior of Li–CO 2 /O 2 , Li–O 2 , and Li–CO 2 nanobatteries, which may help the creation of high‐performance Li–CO 2 /O 2 batteries for energy storage applications.
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