Com uma alta densidade de energia, as baterias Li-O 2 tornaram-se uma tecnologia de bateria de última geração. Dentro da bateria de Li-O 2 , a geração e desintegração do peróxido de lítio sólido do produto descarregado (Li 2 O 2 ) tem um efeito significativo no desempenho da bateria. Pesquisas anteriores lançaram pouca luz sobre a forma e distribuição interna do Li 2 O 2 , deixando sem resposta questões sobre a tendência e o fator contribuinte da mudança interna do Li 2 O 2 em forma e tamanho.

Recentemente, uma equipe liderada pelo Prof. Tan Peng da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências projetou um eletrodo de ar de óxido de alumínio anódico revestido de carbono (C-AAO) com uma matriz altamente ordenada -como estrutura. A equipe obteve novos insights sobre a morte súbita e as rotas de reação das baterias de Li-O 2 . O trabalho foi publicado em Nano Letters .

A equipe de pesquisa projetou um eletrodo C-AAO especial que quebra facilmente, mas preserva sua distribuição de produtos, permitindo observações de Li 2 O 2 em todo o eletrodo. Usando espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), a equipe determinou o fator que contribui para a queda repentina de tensão e morte em várias densidades de corrente.

Os resultados da pesquisa mostram que, em pequenas correntes, os diâmetros dos canais restringem o crescimento do Li 2 O 2 toroidal , causando o bloqueio do eletrodo. Assim, a morte súbita na voltagem está associada a uma grande impedância de transferência de carga e polarização de concentração causada pelo bloqueio do eletrodo. Enquanto em altas correntes, a morte súbita é atribuída à impedância de transferência de carga menos significativa e à polarização da concentração das reações eletroquímicas rápidas.

Além disso, a fim de encontrar o mecanismo de tais reações, a equipe de pesquisa realizou uma análise detalhada sobre o modelo de crescimento de Li 2 O 2 nas superfícies de extremidade e no interior dos eletrodos C-AAO. Li 2 O 2 nas superfícies das extremidades é encontrado em três modelos toroidais.

A mais comum cresce “abraçando” a parede, formando um anel incompleto. O restante cresce lateralmente na superfície ou na forma de núcleos, formando-se em outras superfícies de Li 2 O 2 . À medida que a densidade de corrente aumenta, o Li 2 O 2 toroidal dentro do eletrodo provavelmente será coberto por suas contrapartes floculadas, indicando que o Li 2 O 2 é produzido ao longo das superfícies do eletrodo, e não por desproporção dentro dos canais.

A equipe propôs uma nova rota de crescimento para o Li 2 O 2 toroidal , em que o Li 2 O 2 formado na interface Li 2 O 2 / eletrodo durante o crescimento inicial está relacionado com a rota da superfície, seguida pelo peróxido de lítio (LiO 2 ) em solução desproporcional em torno das partículas de Li 2 O 2 , cobrindo a rota da superfície e formando um anel incompleto.

Esta pesquisa forneceu respostas para perguntas de longa data sobre o mecanismo das baterias de Li-O 2 , bem como insights sobre o design de eletrodos adicionais.