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Metal–Organic Framework-Derived Porous NiCo-Layered Double Hydroxide@MnO2 Hierarchical Nanostructures as Catalytic Cathodes for Long-Life Li–O2 Batteries
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-12-31 , DOI: 10.1021/acsaem.0c01626 Mingjie Ding 1 , Peng Wang 1 , Zhiwei Zhang 1 , Longwei Yin 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-12-31 , DOI: 10.1021/acsaem.0c01626 Mingjie Ding 1 , Peng Wang 1 , Zhiwei Zhang 1 , Longwei Yin 1
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The commercial application of lithium–oxygen (Li–O2) batteries has been seriously hindered by their large overpotential and inferior cycling performance caused by the insoluble and insulated traits of the discharge product, Li2O2. Herein, hierarchical hollow NiCo-LDH/MnO2 hybrid nanostructures derived from metal–organic frameworks (MOFs) are successfully constructed as cathodes for Li–O2 batteries to fundamentally improve the decomposition kinetics of Li2O2. The hollow NiCo-LDH/MnO2 nanostructures assembled by hollow NiCo-LDH and MnO2 nanosheets possess a highly special surface area, abundant open active sites, and a fast diffusion path for Li+ and oxygen species. As expected, accelerated sluggish oxygen reduction reaction/oxygen evolution reaction kinetics and reduced charge/discharge overpotentials can be obtained. The toroidal Li2O2 assembled by nanoflakes formed on the surface of the cathode can be conducive to form a low-impedance Li2O2/cathode contact interface to achieve the reversible formation and decomposition of Li2O2. The Li–O2 battery based on the NiCo-LDH/MnO2 cathode shows a high charge/discharge specific capacity of 13,380 mA h g–1 at 100 mA g–1 and a continuous cycling stability for 162 cycles at a fixed capacity of 500 mAh g–1 as well as a low overpotential of 0.63 V. Moreover, the application of MOF-derived porous hierarchical nanostructures expands the selection range of electrocatalysts and offers a new idea of structure design for Li–O2 batteries.
中文翻译：
金属有机框架衍生的多孔NiCo层状双氢氧化物@MnO 2分层纳米结构作为长寿命Li-O 2电池的催化阴极。
锂氧（Li–O 2）电池的商业应用由于放电产物Li 2 O 2的不溶性和绝缘性而导致的过大电势和较差的循环性能而受到严重阻碍。在此，成功地构建了源自金属有机骨架（MOF）的分层中空NiCo-LDH / MnO 2杂化纳米结构作为Li-O 2电池的阴极，从根本上改善了Li 2 O 2的分解动力学。中空镍钴-LDH / MnO的2个纳米结构由中空镍钴-LDH和MnO组装2纳米片具有极高的比表面积，丰富的开放活性位点以及对Li +和氧物种的快速扩散路径。如所期望的，可以获得缓慢的缓慢的氧还原反应/氧释放反应动力学和降低的充电/放电过电势。通过在阴极表面上形成的纳米薄片组装的环形Li 2 O 2可以有利于形成低阻抗的Li 2 O 2 /阴极接触界面，从而实现Li 2 O 2的可逆形成和分解。基于NiCo-LDH / MnO 2的Li–O 2电池阴极在100 mA g –1时显示出13,380 mA hg –1的高充电/放电比容量，在500 mAh g –1的固定容量下具有162个循环的连续循环稳定性，以及0.63 V的低过电势。 ，MOF衍生的多孔分层纳米结构的应用扩大了电催化剂的选择范围，并为Li–O 2电池的结构设计提供了新思路。
更新日期：2021-01-25
中文翻译：
金属有机框架衍生的多孔NiCo层状双氢氧化物@MnO 2分层纳米结构作为长寿命Li-O 2电池的催化阴极。
锂氧（Li–O 2）电池的商业应用由于放电产物Li 2 O 2的不溶性和绝缘性而导致的过大电势和较差的循环性能而受到严重阻碍。在此，成功地构建了源自金属有机骨架（MOF）的分层中空NiCo-LDH / MnO 2杂化纳米结构作为Li-O 2电池的阴极，从根本上改善了Li 2 O 2的分解动力学。中空镍钴-LDH / MnO的2个纳米结构由中空镍钴-LDH和MnO组装2纳米片具有极高的比表面积，丰富的开放活性位点以及对Li +和氧物种的快速扩散路径。如所期望的，可以获得缓慢的缓慢的氧还原反应/氧释放反应动力学和降低的充电/放电过电势。通过在阴极表面上形成的纳米薄片组装的环形Li 2 O 2可以有利于形成低阻抗的Li 2 O 2 /阴极接触界面，从而实现Li 2 O 2的可逆形成和分解。基于NiCo-LDH / MnO 2的Li–O 2电池阴极在100 mA g –1时显示出13,380 mA hg –1的高充电/放电比容量，在500 mAh g –1的固定容量下具有162个循环的连续循环稳定性，以及0.63 V的低过电势。 ，MOF衍生的多孔分层纳米结构的应用扩大了电催化剂的选择范围，并为Li–O 2电池的结构设计提供了新思路。
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