Elektrochemische Oxidation von Lithiumcarbonat generiert Singulett‐Sauerstoff

Abstract

Feste Alkalicarbonate sind universelle Bestandteile von Passivierungsschichten an Materialien für Interkalationsbatterien, übliche Nebenprodukte in Metall‐O 2 ‐Batterien, und es wird angenommen, dass sie sich reversibel in Metall‐O 2 /CO 2 ‐Zellen bilden und zersetzen. In all diesen Kathoden zersetzt sich Li 2 CO 3 zu CO 2 , sobald es Spannungen >3.8 V vs. Li/Li + ausgesetzt wird. Beachtenswert ist, dass keine O 2 ‐Entwicklung detektiert wird, wie gemäß der Zersetzungsreaktion 2 Li 2 CO 3 → 4 Li + + 4 e − + 2 CO 2 + O 2 zu erwarten wäre. Deswegen war der Verbleib eines der O‐Atome ungeklärt und wurde nicht identifizierten parasitären Reaktionen zugerechnet. Hier zeigen wir, dass hochreaktiver Singulett‐Sauerstoff ( 1 O 2 ) bei der Oxidation von Li 2 CO 3 in einem aprotischen Elektrolyten gebildet und daher nicht als O 2 freigesetzt wird. Diese Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen auf die langfristige Zyklisierbarkeit von Batterien: sie untermauern die Wichtigkeit, 1 O 2 in Metall‐O 2 ‐Batterien zu verhindern, stellen die Möglichkeit einer reversiblen Metall‐O 2 /CO 2 ‐Batterie basierend auf einem Carbonat‐Entladeprodukt in Frage und helfen, Grenzflächenreaktivität von Übergangsmetallkathoden mit Li 2 CO 3 ‐Resten zu erklären.