溶剂性质是影响锂氧（Li-O₂）电池容量和循环寿命的关键因素。 在以前的溶剂效应研究中，圆盘电极是远离实际应用的原型，而实际的复合电极受到添加剂的干扰。 在此本研究提出 MnO₂ 纳米阵列作为阴极模型，以直接观察二甲亚砜 (DMSO)-四 (乙二醇) 二甲醚 (G4) 二元溶剂的可调谐性的影响。在碳布上轻松制备的 MnO₂ 纳米阵列不仅模拟了碳负载催化剂，而且还提供了一种开放式结构，有助于区分放电产物与复杂电极，而无需进一步表征。 使用纳米阵列模型，这项工作直接观察放电产物的形态，随着二元溶剂中 DMSO 比例的增加，放电产物逐渐从保形薄膜演变为环形颗粒。因此，Li-O₂ 电池容量与二元溶剂的强度成正比。然而，提供高当量的反应性溶剂大大降低了循环性能。在调整二元溶剂的浓度时，应在容量和稳定性之间取得折衷。 这项工作中的新型纳米阵列模型和基本发现将进一步有助于优化 Li-O₂ 电池的电解质。
 
 
图 1. (a, b) SEM 图像，(c) TEM 图像，(d) XRD 图案，(e) XPS 测量光谱，和 (f) MnO₂@CC 的 Mn 2p 精细光谱。
 
  
图 2. ZCNC@GC 异质结构的形态和结构表征。 (a-c) SEM、(d) TEM、(e) HRTEM 和 (f) ZCNC@GC 异质结构的元素映射图像。 (g) XRD 图案，(h) Zn 2p 和 (i) Co 2p 的 ZnO@GC、Co₃O₄@GC 和 ZCNC@GC 的高分辨率 XPS 光谱。  Co³⁺/Co²⁺ 比率保持在 1:2 不变。
 
 
图 3. (a) 表面机制、(b) 组合机制和 (c) 溶剂化机制的示意图。  （d）G4（假色）、（e）50DMSO-50G4和（f）DMSO溶剂（假色）电解液中MnO2@CC正极放电产物的SEM图像。
 
 
图 4. (a) G4 和 (b) DMSO 中放电的 MnO₂CC 和 (c) G4 和 (d) DMSO 中的充电 MnO₂@CC 的电化学阻抗谱。 (e) 具有 MnO₂@CC 氧电极的 Li-O₂电池的等效电路。
 
 
图 5. (a, b) 电极/电解质界面 (R1) 和 (c, d) 电荷转移 (R2) 的电阻与 (e) G4 和 (f) 中 Li-O₂ 电池的充电和放电容量、电压曲线 容量缩减为 0.25 mA h cm^-2 的 DMSO 溶剂。
 
 
图 6. (a) G4、(b) 20DMSO-80G4、(c) 50DMSO-50G4、(d) 80DMSO-20G4 和 (e) DMSO 中 Li-O₂ 电池在 0.05 mA cm^-2 循环期间的电压曲线 容量缩减为 0.20 mA h cm^-2。  (f) G4、DMSO 和二元溶剂中循环数的比较。
 
 
图 7. (a, b) G4 和 (c, d) DMSO 中放电和充电 MnO₂@CC 的 Li 1s 和 O 1s XPS 光谱。
 
  
图 8. 放电容量与具有可调强度的电解质的循环数一起绘制。
  
       相关研究成果由武汉理工大学Liang Xiao等人2022年发表在The Journal of Physical Chemistry C (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c01211)上。原文：Direct Observation of Solvent Donor Number Effect on Lithium–Oxygen Battery Capacity via a Nanoarray Cathode Model。

转自《石墨烯研究》公众号