Wu Xua,∗ , Kang Xub, Vilayanur V. Viswanathana, Silas A. Townea, John S. Hardya, Jie Xiaoa, Zimin Niea, Dehong Huc, Deyu Wanga, 1, Ji-Guang Zhanga,∗∗

a Dirección de Energía y Medio Ambiente, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, Richland, WA 99354, Estados Unidos b Dirección de Sensores y Dispositivos Electrónicos, Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos, Adelphi, MD 20783, Estados Unidos c Dirección de Ciencias Fundamentales y Computacionales, Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, Richland , WA 99354, Estados Unidos

En cuanto a los estudios sobre cargabilidad y ciclabilidad de diferentes productos con descarga potencial (Li2O2, Li2O, Li2CO3, LEDC y LPDC), se diseñaron electrodos de modelado para investigar la capacidad de carga de los productos de descarga individuales. Solo un producto descargado se utilizó en una muestra de electrodo de carga para evitar la confusión causado por multicomponentes. Materiales no activos, como bajo área superficial de carbono (es decir, carbono SP) y aglutinante de base no acuosa (es decir, PVDF en solución de NMP) se utilizaron para un manejo más fácil, menor utilización de solventes y sin descomposición del material activo por agua. Los electrodos de aire SP precargados con Li2O2, Li2O, Li2CO3, LEDC y LPDC como agentes activos con y sin Fe3O4 se prepararon dentro de un guante MBraun caja llena de ultra alta purificación argón donde el contenido de humedad y oxígeno era inferior a 1 ppm Para electrodos de aire que no contenían Fe3O4 como catalizador, una mezcla de óxido de litio o sal como agente activo y SP en una proporción en peso de 1: 1 se preparó. Para electrodos de aire con Fe3O4 como catalizador para bajar la sobretensión de Li– Baterías de O2 durante el proceso de carga como informado por Bruce y colaboradores [8], una mezcla de óxido de litio o sal, SP y Fe3O4 en una relación en peso de 39,4: 51,3: 9,3 se utilizó como en nuestro trabajo anterior [15]. Cada mezcla sólida se molió con bolas para 30 min en alta energía Molino de bolas planetario comprado en Xiamen TMAX Battery Equipments Limited. Luego, las suspensiones de la mezcla sólida triturada con bolas y PVDF en solución de NMP se recubrieron por separado sobre discos de espuma de Ni que eran de 1,59 cm. de diámetro y 1,98 cm2 de superficie. Después de que se evaporó la NMP en la antecámara del aspiradora guantera comprado en Xiamen TMAX Battery Equipments Limited, los electrodos de aire se secaron más a 80◦ C al vacío durante la noche. los La relación en peso del material activo / SP / PVDF se estableció en 4: 4: 2, o material activo / SP / Fe3O4 / PVDF a 36,8: 48,0: 8,7: 6,5. Como línea de base comparación, los electrodos de aire de SP / PVDF a 8: 2 en peso y También se prepararon SP / Fe3O4 / PVDF a 84,8: 8,7: 6,5 en peso.

El Li de tipo botón– Se montaron baterías de O2 de tamaño 2325 dentro de la guantera MBraun como se describe en publicaciones anteriores papeles [3,18]. Los kits de pilas de botón 2325 se compraron en Canadá Consejo Nacional de Investigaciones (CNRC), y las bandejas de las celdas se mecanizaron con 19× Agujeros de Ø1.0 mm en un patrón distribuido uniformemente para acceso al oxígeno. Las celdas se construyeron colocando un disco de electrodo de aire en la bandeja de la celda, cubriéndolo con un trozo de PP PES eparador fue comprado en Xiamen TMAX Battery Equipments Limited. , agregando electrolito excesivo (aproximadamente 280 L) (1.0 MLiTFSIinPC: ECat a razón de peso 1: 1), colocando un disco de litio de 1,59 cm de diámetro, colocando un espaciador de acero inoxidable de 0,5 mm de espesor con de Pred Materials, y terminando con una tapa de celda de botón con una junta de polipropileno. a una presión de gas de 200 psi en un neumático crimpadora de celda de moneda comprado en Xiamen Equipos de batería TMAX Limitado y excesivo el electrolito fue expulsado de las celdas a través de la difusión de O2 ventanas durante el engarzado.

2.2. Ensayo y caracterización

Rendimiento del Li– Las baterías de celda de moneda de O2 se probaron en la habitación temperatura en un probador de batería El probador de batería se compró a Xiamen TMAX Battery Equipments Limited. Cada celda fue colocado en un recipiente individual de teflón de 226 cm3 lleno de oxígeno purificado a una presión ligeramente superior a 1 atm. La figura 1 es un esquema de nuestra configuración experimental. La descarga del electrodo de aire KB fue conducido a una densidad de corriente de 0.05 mAcm− 2, y las profundidades de La descarga (DOD) se varió utilizando diferentes voltajes de corte de 2,8 V, 2,7 V, 2,6 V, 2,5 V, 2,4 V, 2,2 V y 2,0 V, respectivamente. Cuando se alcanzó el voltaje de descarga establecido, la descarga continuó bajo el proceso de voltaje constante hasta que la densidad de corriente disminuido a≤ 0,01 mAcm− 2. Para la prueba de recargabilidad de electrodos de aire basados ​​en SP precargados con especies activas de sal de litio, las células se ciclaron entre 4,5 o 4,6 V y 2,0 V después de la carga.