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dc.contributor.author
Córdoba, José Daniel
dc.contributor.author
Benavides, Leandro Nicolás
dc.contributor.author
Murgida, Daniel Horacio
dc.contributor.author
Rodriguez, Hernan Bernardo
dc.contributor.author
Calvo, Ernesto Julio
dc.date.available
2024-02-27T12:40:05Z
dc.date.issued
2023-05
dc.identifier.citation
Córdoba, José Daniel; Benavides, Leandro Nicolás; Murgida, Daniel Horacio; Rodriguez, Hernan Bernardo; Calvo, Ernesto Julio; Operando detection and suppression of spurious singlet oxygen in Li-O2 batteries; Royal Society of Chemistry; Faraday Discussions; 248; 5-2023; 190-209
dc.identifier.issn
1359-6640
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/11336/228574
dc.description.abstract
The rechargeable lithium air (oxygen) battery (Li-O2) has very high energy density, comparable to that of fossil fuels (∼3600 W h kg−1). However, the parasitic reactions of the O2 reduction products with solvent and electrolyte lead to capacity fading and poor cyclability. During the oxygen reduction reaction (ORR) in aprotic solvents, the superoxide radical anion (O2˙−) is the main one-electron reaction product, which in the presence of Li+ ions undergoes disproportionation to yield Li2O2 and O2, a fraction of which results in singlet oxygen (1O2). The very reactive 1O2 is responsible for the spurious reactions that lead to high charging overpotential and short cycle life due to solvent and electrolyte degradation. Several techniques have been used for the detection and suppression of 1O2 inside a Li-O2 battery under operation and to test the efficiency and electrochemical stability of different physical quenchers of 1O2: azide anions, 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) and triphenylamine (TPA) in different solvents (dimethyl sulfoxide (DMSO), diglyme and tetraglyme). Operando detection of 1O2 inside the battery was accomplished by following dimethylanthracene fluorescence quenching using a bifurcated optical fiber in front-face mode through a quartz window in the battery. Differential oxygen-pressure measurements during charge-discharge cycles vs. charge during battery operation showed that the number of electrons per oxygen molecule was n > 2 in the absence of physical quenchers of 1O2, due to spurious reactions, and n = 2 in the presence of physical quenchers of 1O2, proving the suppression of spurious reactions. Battery cycling at a limited specific capacity of 500 mA h gC−1 for the MWCNT cathode and 250 mA gC−1 current density, in the absence and presence of a physical quencher or a physical quencher plus the redox mediator I3−/I− (with a lithiated Nafion® membrane), showed increasing cyclability according to coulombic efficiency and cell voltage data over 100 cycles. Operando Raman studies with a quartz window at the bottom of the battery allowed detection of Li2O2 and excess I3− redox mediator during discharge and charge, respectively.
dc.format
application/pdf
dc.language.iso
eng
dc.publisher
Royal Society of Chemistry
dc.rights
info:eu-repo/semantics/restrictedAccess
dc.rights.uri
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.subject
IN OPERANDO
dc.subject
LI-O2 BATTERIES
dc.subject
SINGLET OXYGEN
dc.subject
DETECTION
dc.subject
SUPPRESSION
dc.subject.classification
Físico-Química, Ciencia de los Polímeros, Electroquímica
dc.subject.classification
Ciencias Químicas
dc.subject.classification
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
dc.title
Operando detection and suppression of spurious singlet oxygen in Li-O2 batteries
dc.type
info:eu-repo/semantics/article
dc.type
info:ar-repo/semantics/artículo
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.date.updated
2024-02-26T10:54:50Z
dc.identifier.eissn
1364-5498
dc.journal.volume
248
dc.journal.pagination
190-209
dc.journal.pais
Reino Unido
dc.journal.ciudad
Londres
dc.description.fil
Fil: Córdoba, José Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
dc.description.fil
Fil: Benavides, Leandro Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
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Fil: Murgida, Daniel Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
dc.description.fil
Fil: Rodriguez, Hernan Bernardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
dc.description.fil
Fil: Calvo, Ernesto Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina
dc.journal.title
Faraday Discussions
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/fd/d3fd00081h
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/http://dx.doi.org/10.1039/d3fd00081h
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