Forscher entwickeln effiziente Sauerstoffkatalysatoren für Lithium-Sauerstoff-Batterien

19.10.2022 - China

Die Lithium-Sauerstoff-Batterie (Li-O₂) ist aufgrund ihrer hohen theoretischen Energiedichte eine der vielversprechendsten Batterien. Die schlechte katalytische Leistung ihrer Luftkathode hat jedoch ihre Kommerzialisierung behindert.

Kürzlich hat eine gemeinsame Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. BAO Xinhe und Prof. WU Zhongshuai vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) zweidimensionale (2D) Mn₃O₄-Nanoblätter mit dominanten Kristallebenen auf Graphen (Mn₃O₄ NS/G) als effiziente Sauerstoffkatalysatoren für Li-O₂-Batterien hergestellt und damit eine extrem hohe Kapazität und Langzeitstabilität erzielt. Diese Studie wurde am 7. Oktober in ACS Catalysis veröffentlicht.

Die Entwicklung von Sauerstoffkatalysatoren mit wohldefinierten Formen und hochaktiven Kristallfacetten kann die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) an den Drei-Phasen-Grenzflächen wirksam regulieren, stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar.

Die Forscher wiesen darauf hin, dass das Mn₃O₄ NS/G mit den (101)-Facetten und angereicherten Sauerstoffleerstellen ein niedrigeres Ladungsüberpotential von 0,86 V als das von Mn₃O₄-Nanopartikeln auf Graphen (1,15 V) aufweist.

Darüber hinaus wies die Mn₃O₄ NS/G-Kathode eine Langzeitstabilität von über 1.300 Stunden und eine sehr hohe spezifische Kapazität von bis zu 35.583 mAh/g bei 200 mA/g auf und übertraf damit die meisten berichteten Mn-basierten Oxide für Li-O₂-Batterien.

Sowohl die experimentellen als auch die theoretischen Ergebnisse belegen die geringere Adsorptionsenergie von Mn₃O₄ (101) für das Entladungsprodukt Li₂O₂ im Vergleich zu Mn₃O₄ (211), was die leichtere Zersetzung von Li₂O₂ während des Ladevorgangs belegt.

"Diese Arbeit kann Anhaltspunkte für die Entwicklung von Mn-basierten Materialien mit definierter Kristallfacette für leistungsstarke Li-O₂-Batterien liefern", so Prof. WU.

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Originalveröffentlichung

Yuejiao Li et al.; Two-Dimensional Mn3O4 Nanosheets with Dominant (101) Crystal Planes on Graphene as Efficient Oxygen Catalysts for Ultrahigh Capacity and Long-Life Li–O2 Batteries; ACS Catal. 2022

https://www.chemie.de/news/1178158/forscher-entwickeln-effiziente-sauerstoffkatalysatoren-fuer-lithium-sauerstoff-batterien.html