Surface-Mediated Solvent Decomposition in Li–Air Batteries: Impact of Peroxide and Superoxide Surface Terminations

化学 电解质 溶剂化 过氧化物 二甲氧基乙烷 分解 溶剂 化学物理 计算化学 物理化学 无机化学 有机化学 电极
作者
Nitin Kumar,Maxwell D. Radin,Brandon C. Wood,Tadashi Ogitsu,Donald J. Siegel
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:119 (17): 9050-9060 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5b00256
摘要

A viable Li/O2 battery will require the development of stable electrolytes that do not continuously decompose during cell operation. Recent experiments suggest that reactions occurring at the interface between the liquid electrolyte and the solid lithium peroxide (Li2O2) discharge phase are a major contributor to these instabilities. To clarify the mechanisms associated with these reactions, a variety of atomistic simulation techniques, classical Monte Carlo, van der Waals-augmented density functional theory, ab initio molecular dynamics, and various solvation models, are used to study the initial decomposition of the common electrolyte solvent, dimethoxyethane (DME), on surfaces of Li2O2. Comparisons are made between the two predominant Li2O2 surface charge states by calculating decomposition pathways on peroxide-terminated (O22–) and superoxide-terminated (O21–) facets. For both terminations, DME decomposition proceeds exothermically via a two-step process comprised of hydrogen abstraction (H-abstraction) followed by nucleophilic attack. In the first step, abstracted H dissociates a surface O2 dimer, and combines with a dissociated oxygen to form a hydroxide ion (OH–). The remaining surface oxygen then attacks the DME, resulting in a DME fragment that is strongly bound to the Li2O2 surface. DME decomposition is predicted to be more exothermic on the peroxide facet; nevertheless, the rate of DME decomposition is faster on the superoxide termination. The impact of solvation (explicit vs implicit) and an applied electric field on the reaction energetics are investigated. Our calculations suggest that surface-mediated electrolyte decomposition should out-pace liquid-phase processes such as solvent auto-oxidation by dissolved O2.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
诸葛烤鸭完成签到,获得积分10
刚刚
QMCL完成签到,获得积分0
刚刚
浮游应助慢羊羊采纳,获得10
1秒前
Jelavender完成签到,获得积分10
2秒前
高兴的半仙完成签到,获得积分10
2秒前
顾矜应助张建采纳,获得10
2秒前
姚龙完成签到 ,获得积分10
3秒前
桌球有点蔡先生完成签到 ,获得积分10
3秒前
奋斗夏真完成签到,获得积分10
3秒前
慕青应助风趣的芝麻采纳,获得10
3秒前
gene发布了新的文献求助10
3秒前
wys2493发布了新的文献求助10
4秒前
高大的储发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
dubo666给dubo666的求助进行了留言
5秒前
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
狂野的筝完成签到 ,获得积分10
8秒前
8秒前
婷刘完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
负责紊完成签到,获得积分10
9秒前
磊磊猪完成签到,获得积分10
9秒前
hmy发布了新的文献求助10
9秒前
hooyi完成签到,获得积分20
9秒前
知鸢完成签到,获得积分10
10秒前
小王完成签到 ,获得积分10
10秒前
鲤鱼山人完成签到 ,获得积分10
10秒前
小次之山完成签到,获得积分10
10秒前
浮游应助迷失沉寂采纳,获得10
11秒前
kook发布了新的文献求助10
11秒前
wys2493完成签到,获得积分10
11秒前
6666应助Jenkin采纳,获得10
11秒前
小新完成签到,获得积分0
12秒前
1661321476发布了新的文献求助50
12秒前
金玉完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The Social Work Ethics Casebook: Cases and Commentary (revised 2nd ed.). Frederic G. Reamer 800
Holistic Discourse Analysis 600
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
A complete Carnosaur Skeleton From Zigong, Sichuan- Yangchuanosaurus Hepingensis 四川自贡一完整肉食龙化石-和平永川龙 600
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 500
Fiction e non fiction: storia, teorie e forme 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5326643
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4466789
关于积分的说明 13898695
捐赠科研通 4359245
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2394512
邀请新用户注册赠送积分活动 1388021
关于科研通互助平台的介绍 1358868