Two-dimensional IrO2/MnO2 enabling conformal growth of amorphous Li2O2 for high-performance Li–O2 batteries
Two-dimensional IrO2/MnO2 enabling conformal growth of amorphous Li2O2 for high-performance Li–O2 batteries
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二维 IrO2/MnO2 可实现非晶态 Li2O2 的共形生长，用于高性能 Li-O2 电池
DOI：
10.1016/j.ensm.2017.07.016
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发表时间：
2017-10
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
X.B. Zhao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
C. Tang;P.C. Sun;J. Xie;Z.C. Tang;Z.X. Yang;Z.X. Dong;G.S. Cao;S.C. Zhang;P.V. Braun;X.B. Zhao
与目前的锂离子电池相比，Li-O2电池具有极高的能量密度，引起了世界范围内的关注。然而，要在宽的电化学窗口内实现Li-O2电池的高倍率充放电，还必须克服巨大的挑战。在这里，我们提出了一种独特的无粘结剂催化阴极的设计，它是由二维、少层的δ-MnO2(5-10 nm)和小尺寸IrO2(约5 nm)装饰而成的。IrO2/MnO2优异的催化活性使非晶态Li2O2能够在高电流密度下在2DIrO2/MnO2纳米片上共形生长，从而显著提高了Li2O2的生成/分解动力学。结果表明，采用IrO2/MnO2催化剂的Li-O2电池表现出高容量(200mA g−1时为16370 mAhg−1)、优异的倍率性能(1600mA g−1时为2315mAhg−1)以及2.2V至4.3V之间的高倍率循环稳定性(1600mA g−1时为312次循环)，即使在2-4.4V的较宽电压窗口下，电池仍可在1600mA g−1下保持247次充放电模式。IrO2/MnO2优异的催化活性使其有望成为高性能锂离子电池的催化剂。
Li–O2cells have attracted a worldwide attention due to their extremely high energy density compared with current Li-ion batteries. However, great challenges must to be overcome to realize full charge and discharge of Li–O2cells at high rates over a wide electrochemical window. Herein, we propose a unique design of binder-free catalytic cathode composed of two-dimensional (2D), few-layered δ-MnO2(5–10 nm) decorated with small-sized IrO2(around 5 nm). The superior catalytic activity of IrO2/MnO2enables conformal growth of amorphous Li2O2on the 2D IrO2/MnO2nanosheets at high current density, leading to significantly enhanced Li2O2formation/decomposition kinetics. As a result, Li–O2cells with the IrO2/MnO2catalyst exhibit high capacity (16370 mAh g−1at 200 mA g−1), superior rate capability (2315 mAh g−1at 1600 mA g−1) and high-rate cycling stability (312 cycles at 1600 mA g−1) between 2.2 and 4.3 V. Even over a wider voltage window of 2–4.4 V, the cell can sustain 247 cycles at 1600 mA g−1in a full charge/discharge mode. The superior catalytic activity of IrO2/MnO2makes it a promising catalyst for high-performance Li–O2cells.
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