La batterie lithium-oxygène (Li-O2) est l'une des batteries les plus prometteuses en raison de sa haute densité d'énergie théorique. Cependant, les faibles performances catalytiques de sa cathode à air ont entravé sa commercialisation.
Récemment, un groupe de recherche conjoint dirigé par le professeur BAO Xinhe et le professeur WU Zhongshuai du Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a fabriqué des nano-feuilles bidimensionnelles (2D) de Mn3O4 avec des plans cristallins dominants sur le graphène (Mn3O4 NS/G) comme catalyseurs d'oxygène efficaces pour les batteries Li-O2, atteignant une capacité ultra élevée et une stabilité à long terme. Cette étude a été publiée dans ACS Catalysis le 7 octobre.
La conception de catalyseurs d'oxygène avec des formes bien définies et des facettes cristallines à haute activité peut réguler efficacement la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) et la réaction d'évolution de l'oxygène (OER) aux interfaces triphasées, mais cela reste encore un défi.
Les chercheurs ont indiqué que le Mn3O4 NS/G avec les facettes (101) et les lacunes d'oxygène enrichies offrait un surpotentiel de charge plus faible de 0,86 V que celui des nanoparticules de Mn3O4 sur graphène (1,15 V).
De plus, la cathode Mn3O4 NS/G a présenté une stabilité à long terme de plus de 1 300 heures et une capacité spécifique ultra élevée de 35 583 mAh/g à 200 mA/g, surpassant la plupart des oxydes à base de Mn pour les batteries Li-O2 rapportées.
Les résultats expérimentaux et théoriques ont prouvé l'énergie d'adsorption plus faible du Mn3O4 (101) pour le produit de décharge Li2O2 par rapport au Mn3O4 (211), manifestant la décomposition plus facile du Li2O2 pendant le processus de charge.
"Ce travail peut fournir des indices pour l'ingénierie des matériaux à base de Mn avec une facette cristalline définie pour les batteries Li-O2 à haute performance", a déclaré le professeur WU.
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