A facile mechanism for recharging Li2O2 in Li-O 2 batteries

Chemistry of Materials

Volumn 25, Issue 16, 2013, Pages 3328-3336

  Kang, Shinyoung ^a   Mo, Yifei ^a   Ong, Shyue Ping ^a   Ceder, Gerbrand ^a  

^a Massachusetts Institute of Technology   (United States)

Author keywords

charging mechanism; Li air batteries; lithium superoxide (LiO2); oxygen evolution reaction

Indexed keywords

AB INITIO CALCULATIONS; CHARGING MECHANISM; DIRECT DECOMPOSITION; EQUILIBRIUM THERMODYNAMICS; INTERCALATION ELECTRODES; LI-AIR BATTERIES; OXYGEN EVOLUTION REACTION; SUPEROXIDES;

CHARGING (BATTERIES); ELECTRIC CHARGE; LITHIUM; OXYGEN;

LITHIUM BATTERIES;

EID: 84883218031     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm401720n     Document Type: Article

References (68)

1. Abraham, K. M.; Jiang, Z. J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 1
2. Peng, Z. Q.; Freunberger, S. A.; Chen, Y. H.; Bruce, P. G. Science 2012, 337, 563
3. Jung, H.-G.; Hassoun, J.; Park, J.-B.; Sun, Y.-K.; Scrosati, B. Nat. Chem. 2012, 4, 579
4. Ogasawara, T.; Debart, A.; Holzapfel, M.; Novak, P.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1390
5. Black, R.; Adams, B.; Nazar, L. F. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 801
6. Christensen, J.; Albertus, P.; Sanchez-Carrera, R. S.; Lohmann, T.; Kozinsky, B.; Liedtke, R.; Ahmed, J.; Kojic, A. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, R1
7. Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.-M. Nat. Mater. 2012, 11, 19
8. Lee, J. S.; Kim, S. T.; Cao, R.; Choi, N. S.; Liu, M.; Lee, K. T.; Cho, J. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 34
9. Girishkumar, G.; McCloskey, B.; Luntz, A. C.; Swanson, S.; Wilcke, W. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2193
10. Shao, Y. Y.; Park, S.; Xiao, J.; Zhang, J. G.; Wang, Y.; Liu, J. ACS Catal. 2012, 2, 844
11. Lu, Y. C.; Kwabi, D. G.; Yao, K. P. C.; Harding, J. R.; Zhou, J. G.; Zuin, L.; Shao-Horn, Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2999
12. Harding, J. R.; Lu, Y. C.; Tsukada, Y.; Shao-Horn, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 10540
13. Xu, W.; Viswanathan, V. V.; Wang, D. Y.; Towne, S. A.; Xiao, J.; Nie, Z. M.; Hu, D. H.; Zhang, J. G. J. Power Sources 2011, 196, 3894
14. Black, R.; Oh, S. H.; Lee, J. H.; Yim, T.; Adams, B.; Nazar, L. F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2902
15. Mizuno, F.; Nakanishi, S.; Kotani, Y.; Yokoishi, S.; Iba, H. Electrochemistry 2010, 78, 403
16. Freunberger, S. A.; Chen, Y. H.; Drewett, N. E.; Hardwick, L. J.; Barde, F.; Bruce, P. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 8609
17. McCloskey, B. D.; Bethune, D. S.; Shelby, R. M.; Girishkumar, G.; Luntz, A. C. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 1161
18. Freunberger, S. A.; Chen, Y. H.; Peng, Z. Q.; Griffin, J. M.; Hardwick, L. J.; Barde, F.; Novak, P.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8040
19. Xiao, J.; Hu, J. Z.; Wang, D. Y.; Hu, D. H.; Xu, W.; Graff, G. L.; Nie, Z. M.; Liu, J.; Zhang, J. G. J. Power Sources 2011, 196, 5674
20. Laoire, C. O.; Mukerjee, S.; Abraham, K. M.; Plichta, E. J.; Hendrickson, M. A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20127
21. Peng, Z. Q.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Chen, Y. H.; Giordani, V.; Barde, F.; Novak, P.; Graham, D.; Tarascon, J. M.; Bruce, P. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 6351
22. Laoire, C. O.; Mukerjee, S.; Abraham, K. M.; Plichta, E. J.; Hendrickson, M. A. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 9178
23. Lu, Y. C.; Gasteiger, H. A.; Shao-Horn, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19048
24. Lu, Y. C.; Xu, Z. C.; Gasteiger, H. A.; Chen, S.; Hamad-Schifferli, K.; Shao-Horn, Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12170
25. McCloskey, B. D.; Scheffler, R.; Speidel, A.; Bethune, D. S.; Shelby, R. M.; Luntz, A. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18038
26. McCloskey, B. D.; Speidel, A.; Scheffler, R.; Miller, D. C.; Viswanathan, V.; Hummelshoj, J. S.; Norskov, J. K.; Luntz, A. C. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 997
27. Zhang, Z.; Lu, J.; Assary, R. S.; Du, P.; Wang, H.-H.; Sun, Y.-K.; Qin, Y.; Lau, K. C.; Greeley, J.; Redfern, P. C.; Iddir, H.; Curtiss, L. A.; Amine, K. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 25535
28. Lu, Y.-C.; Crumlin, E. J.; Veith, G. M.; Harding, J. R.; Mutoro, E.; Baggetto, L.; Dudney, N. J.; Liu, Z.; Shao-Horn, Y. Sci. Rep. 2012, 2.
29. Jung, H.-G.; Kim, H.-S.; Park, J.-B.; Oh, I.-H.; Hassoun, J.; Yoon, C. S.; Scrosati, B.; Sun, Y.-K. Nano Lett. 2012, 12, 4333
30. Yang, J.; Zhai, D.; Wang, H.-H.; Lau, K. C.; Schlueter, J. A.; Du, P.; Myers, D. J.; Sun, Y.-K.; Curtiss, L. A.; Amine, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 3764
31. Hummelshøj, J. S.; Luntz, A. C.; Nørskov, J. K. J. Chem. Phys. 2013, 138, 034703
32. McCloskey, B. D.; Scheffler, R.; Speidel, A.; Girishkumar, G.; Luntz, A. C. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 23897
33. Oh, S. H.; Nazar, L. F. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 903
34. Lu, Y.-C.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 4, 93
35. Mo, Y. F.; Ong, S. P.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2011, 84, 1
36. Ong, S. P.; Mo, Y. F.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2012, 85, 2
37. Hummelshøj, J. S.; Blomqvist, J.; Datta, S.; Vegge, T.; Rossmeisl, J.; Thygesen, K. S.; Luntz, A. C.; Jacobsen, K. W.; Nørskov, J. K. J. Chem. Phys. 2010, 132, 071101
38. Chen, J.; Hummelshoj, J. S.; Thygesen, K. S.; Myrdal, J. S. G.; Norskov, J. K.; Vegge, T. Catal. Today 2011, 165, 2
39. Radin, M. D.; Rodriguez, J. F.; Tian, F.; Siegel, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1093
40. Zhao, Y. F.; Ban, C. M.; Kang, J.; Santhanagopalan, S.; Kim, G. H.; Wei, S. H.; Dillon, A. C. Appl. Phys. Lett. 2012, 101.
41. Viswanathan, V.; Thygesen, K. S.; Hummelshoj, J. S.; Norskov, J. K.; Girishkumar, G.; McCloskey, B. D.; Luntz, A. C. J. Chem. Phys. 2011, 135, 214704
42. Bryantsev, V. Theor. Chem. Acc. 2012, 131, 1
43. Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
44. Blochl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953
45. Heyd, J.; Scuseria, G. E.; Ernzerhof, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8207
46. Heyd, J.; Scuseria, G. E.; Ernzerhof, M. J. Chem. Phys. 2006, 124, 219906
47. Paier, J.; Marsman, M.; Hummer, K.; Kresse, G.; Gerber, I. C.; Angyan, J. G. J. Chem. Phys. 2006, 125, 249901
48. Chase, M. W. National Institute of Science and Technology NIST-JANAF Thermochemical Tables; American Chemical Society; American Institute of Physics for the National Institute of Standards and Technology: [Washington, DC]; Woodbury, NY, 1998.
49. Aydinol, M. K.; Kohan, A. F.; Ceder, G.; Cho, K.; Joannopoulos, J. Phys. Rev. B 1997, 56, 1354
50. Chevrier, V. L.; Ong, S. P.; Armiento, R.; Chan, M. K. Y.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2010, 82, 075122
51. Wang, L.; Maxisch, T.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2006, 73, 1
52. Cota, L. G.; de la Mora, P. Acta Crystallogr., Sect. B 2005, 61, 133
53. Chan, M. K. Y.; Shirley, E. L.; Karan, N. K.; Balasubramanian, M.; Ren, Y.; Greeley, J. P.; Fister, T. T. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2483
54. Radin, M. D.; Rodriguez, J. F.; Siegel, D. J. Lithium Peroxide Surfaces and Point Defects: Relevance for Li-Air Batteries; Battery Congress: Ann Arbor, MI, 2011.
55. Yanli, W.; Yi, D.; Jun, N. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 035401
56. Xiao, R.; Li, H.; Chen, L. Chem. Mater. 2012, 24, 4242
57. Bakulina, V. M.; Tokareva, S. A.; Vol'nov, I. I. J. Struct. Chem. 1967, 8, 980
58. Seriani, N. Nanotechnology 2009, 20, 445703
59. Lau, K. C.; Curtiss, L. A.; Greeley, J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23625
60. Alfe, D. Comput. Phys. Commun. 2009, 180, 2622
61. Wang, X.; Andrews, L. Mol. Phys. 2009, 107, 739
62. Andrews, L. J. Chem. Phys. 1969, 50, 4288
63. Rolfe, J.; Holzer, W.; Murphy, W. F.; Bernstein, H. J. J. Chem. Phys. 1968, 49, 963
64. Doe, R. E.; Persson, K. A.; Meng, Y. S.; Ceder, G. Chem. Mater. 2008, 20, 5274
65. Malik, R.; Zhou, F.; Ceder, G. Nat. Mater. 2011, 10, 587
66. Debart, A.; Paterson, A. J.; Bao, J.; Bruce, P. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 4521
67. Lim, H.-K.; Lim, H.-D.; Park, K.-Y.; Seo, D.-H.; Gwon, H.; Hong, J.; Goddard, W. A.; Kim, H.; Kang, K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9733
68. Lau, K. C.; Assary, R. S.; Redfern, P.; Greeley, J.; Curtiss, L. A. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 23890