Introduction
År 1996, Abraham och Jiang en rapporterade första reversibla icke-vattenbaserad Li-O 2 batteri bestående av en porös kol katod, en organisk elektrolyt och Li-metallanod. Sedan dess, på grund av dess extremt hög teoretisk energitäthet som överstiger den hos varje annan existerande energilagringssystem, Li-O 2 batteri, vilket inducerar ett strömflöde genom oxidation av litium vid anoden och reduktion av syre vid katoden ( totala reaktions Li + + O 2 + e - ↔ Li 2 O 2), har fått stort intresse nyligen 1-8.
En katodmaterial med följande krav skulle kunna tillgodose behoven hos höga prestanda Li-O 2 batteri: (1) snabb syrediffusion; (2) god elektrisk och jonkonduktivitet; (3) hög specifik yta; och (4) stabilitet. Både ytarean och porositeten hos katoden är kritiska för. elektrokemiska prestanda hos Li-O 2 batterier 9-12 Den porösa strukturen tillåter avsättning av fasta urladdningsprodukter som genereras från reaktionen av Li katjoner med O 2; och större ytor ger mer aktiva platser för att rymma elektro partiklar som accelererar de elektrokemiska reaktionerna. Sådana elektrokatalysatorer tillsätts till katodmaterial av vissa deponeringsmetoder, som ger stark vidhäftning till substratet och god kontroll av katalysatorpartiklarna, med bevarandet av den ursprungliga porösa ytstrukturen av substratet. 13-17 De som framställda material testas i Swagelok typ celler som katod aprotiska Li-O 2 batteri. Men resultatet av cellen beror inte bara på vilken typ av katodmaterial, men också på vilken typ av det aprotiska elektrolyten 18-22 och Li-metallanod. 23-26 Fler influenser inkluderar mängden och koncentrationen av material och pÖRFARANDE används vid tester av laddning / urladdning. Rätta förhållanden och protokoll skulle optimera och förbättra den totala prestandan för batterimaterial.
Utöver resultaten av den elektrokemiska testet, kan batteriets prestanda utvärderades också genom att karaktärisera den orörda materialen och reaktionsprodukterna. 27-33 Svepelektronmikroskopi (SEM) användes för att undersöka ytan mikrostrukturen hos katodmaterialet och morfologin utvecklingen av urladdningsprodukter. Transmissionselektronmikroskop (TEM), X-ray absorption i närheten av kantstrukturen (XANES) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) kan användas för att bestämma den ultrastruktur, kemiskt tillstånd, och komponent av element, särskilt för den i katalysatornanopartiklar. Hög energi röntgendiffraktion (XRD) används för direkt identifiera kristallina urladdningsprodukter. Möjligt elektrolyt nedbrytning kan bestämmas genom attenuerad total reflektion Fourier-transformIR (ATR-FTIR) och Raman-spektra.
Denna artikel är ett protokoll som visar ett systematiskt och effektivt arrangemang av rutintest av det aprotiska Li-O 2 batteri, däribland förberedelser för batterimaterial och tillbehör, den elektrokemiska bruksprov, och karakterisering av orörda material och reaktionsprodukter. Den detaljerade video protokollet är avsett att hjälpa nya utövare inom området undvika många vanliga fallgropar i samband med prestandatester och karakterisering av Li-O 2 batterier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Kontakta alla berörda säkerhetsdatablad (SDB) före användning. Flera av de kemikalier som används i dessa synteser är akut toxiska och karcinogena. Nanomaterial kan ha ytterligare risker jämfört med deras bulk motsvarighet. Använd alla lämpliga säkerhetsåtgärder när du utför en nanokristall reaktion inklusive användning av tekniska kontroller (dragskåp, handskfacket) och personlig skyddsutrustning (skyddsglasögon, handskar, skyddsrock, fullängds byxor, sluten tå skor). Delar av följande förfaranden omfattar standardluftfria hanteringstekniker.
1. Syntes av katodmaterial
Anmärkning: katodmaterial kan syntetiseras genom antingen atomlager nedfall eller våtkemi reaktion.
- Atomic Layer Deposition (ALD)
- Dispergera 5 g av poröst kol i 100 ml 1 M KMnO 4 lösning under magnetisk omröring under 12 h.
- Sprid 100 mg the oxiderat kolpulver på en rostfri bricka av ALD instrumentet och klämma ett rostfritt stålnät täcka över facket.
- Håll kolpulvret i magasinet vid 200 ° C under kontinuerligt flöde av 300 sccm ultrahög renhet kväve bärargas vid 1 torr tryck under 30 min.
- Behandla kolpulvret med ett komplett ALD cykel enligt följande.
Obs: Ta Pd nanopartiklar som ett exempel på elektrokatalysatorer i detta protokoll. Reagens kan ändras i enlighet med specifika krav. Alla reagens användes som mottagits utan någon ytterligare rening.- Exponera kolsubstratet (100 mg) till palladium hexafluoroacetylacetonate (Pd (hfac) 2, 99,9%) vid 200 ° C under 100 min.
- Rensa facket med kontinuerligt flöde av 300 sccm ultrahög renhet kväve bärgas vid en torr tryck för 300 min.
- Exponera kolsubstratet till formalin (HCHO 37 vikt-.% I H2O) vid 200 ° C under 100 min.
- purge than dan med kontinuerligt flöde av 300 sccm ultrahög renhet kväve bärargas vid 1 torr tryck under 300 min.
- Upprepa ALD cykeln efter behov. Vanligtvis 3-10 repetitioner.
- Wet-kemi Reaktion
Obs: Ta Fe nanopartiklar som ett exempel på elektro i detta protokoll. Reagens kan ändras i enlighet med specifika krav. Alla reagens användes som mottagits utan någon ytterligare rening.- Dispergera 5 g av poröst kol i 100 ml 1 M KMnO 4 lösning under magnetisk omröring under 12 h.
- Tvätta det oxiderade kolet med avjoniserat vatten.
- Filtrera det tvättade kolet med en filterkolv försedd med en glasfiber, och sedan torka den i en ugn vid 110 ° C under 12 h.
- Dispergera den torkade kol i 100 ml avjoniserat vatten, tillsätt sedan 1 g av FeCl 3 under magnetisk omrörning.
- Justera pH-värdet till ca 9, med användning av en M NaOH-lösning.
- Rör resulting uppslamningen under 5 h, och sedan filtrera uppslamningen med en filterkolv försedd med en glasfiber.
- Tvätta den med avjoniserat vatten och etanol. Sedan torka den i en ugn vid 110 ° C över natten.
- Värmebehandla produkten vid 450 ° C med kontinuerligt flöde av H2 / Ar-blandning (4% H 2) i en kvarts rörugn. Använda en flödeshastighet av 100 ml / min under 5 timmar.
2. Framställning av elektroder och elektrolyt
- Katod
- Blanda sådan den framställts katodmaterial och bindemedel poly (vinylidenfluorid) (PVDF) i ett 4: 1 viktförhållande.
Obs: Den totala av blandningen beror på mängden av de katoder. Laddningen av katodmaterialet på varje bit är i intervallet av 0,1-1 mg. - Lägg 1-metyl-2-pyrrolidinon (NMP) till blandningen, och rör om väl för att göra en jämn-texturerad uppslamning. Lägg NMP vid ungefär tre gånger vikten av blandningen.
- Belägga slurryn på carbon papper genom en schaber med en tjocklek omkring 100 nm.
- Torka laminatet i en vakuumugn vid 100 ° C över natten.
- Punch laminatet i skivor med en hålslag till en diameter av 7/16 inches, och väger det.
- Blanda sådan den framställts katodmaterial och bindemedel poly (vinylidenfluorid) (PVDF) i ett 4: 1 viktförhållande.
- aprotiskt Elektrolyt
- Torr litium-trifluormetansulfonat (LiCF 3 SO 3) i en vakuumugn vid 100 ° C över natten.
- Lägg torkades LiCF 3 SO 3 i tetraetylenglykoldimetyleter (TEGDME, H 2 O ~ 10 ppm) med en koncentration av 1 mol / L, rör sedan lösningen med magnetomrörare tills saltet är upplöst.
- Håll elektrolyten i en handskbox fylld med Ar.
- Anod
- Punch litiumfolie / chips i skivor med en hålslag till en diameter på 7/16 inches.
3. Elektrokemisk Testing
- Montering av Swagelok Cell </ Strong>
Notera: Alla steg i monteringen drivs i en handskbox fylld med Ar, utom 3.1.9.- Montera Swagelok uppsättning som visas i figur 1a. Dra åt anoden änden, och lossa katodänden.
- Sätta en bit litiummetall chip (diameter 7/16 inches) på toppen av det rostfria stålstaven av anoden änden.
- Sätt en bit av glasfiber separator (diameter 1/2 inches) på toppen av litiummetall anod.
- Lägg 5-7 droppar av elektrolyt till fullo väta glasfiber separator. Tryck försiktigt separatorn för att avlägsna bubblor.
- Sätta en bit katod på toppen av det vätta separatorn, med det aktiva materialet som vetter mot anoden.
- Täck katoden med en bit aluminiumnät (diameter 7/16 inches).
- Tryck ovannämnda lagren med aluminiumrör, sedan dra åt katodänden.
- Försegla hela Swagelok cellen i en glaskammare, och fixa kammaren med en klämma, såsom visas i
- Ta hela cellen ur handskfacket. Anslut glaskammaren till en ultra-hög renhet syretank, och rensa den med kontinuerlig syrgasflöde vid 1 atm tryck under 30 min.
- Batteriprestanda Testing
- Ställa in en termostat till 25 ° C.
- Sätt celler och elektroder (elektroniska klipp anslutna till utrustningen genom en kabel) i termostaten, och rätta till dem.
- Fäst katoden och anoden på glaskammare med motsvarande elektroniska klipp.
- Öppna operativprogrammet av batteritestsystemet, och väljer den kanal som är ansluten med kabeln.
- Ställ ett förfarande för den elektrokemiska tester.
Obs: Ställ in strömtäthet av 100 mA / g aktivt material, och spänningsområdet 2,2-4,5 V.- Ställ utlopps cut-off spänning på 2,2 V för urladdningstest.
- Ställ urladdning / laddning steg tid av fem eller tio timmar för kapacitetsstyrd cykeltestet. Ställ utlopps cut-off spänning på 2,2 V och laddningsbrytspänning av 4,5 V för spänningsstyrda cykeltestet.
- Kör proceduren genom att klicka på knappen "Kör" på programvaran gränssnitt.
- Demontering och rengöring av cellen
- Isär celler i en handskbox.
- Håll elektroderna i glasflaskor för följande karakteriseringar. Överföra andra celldelar ur handskfacket.
- Sätt Swagelok delar, stänger av rostfritt stål, aluminiumrör, och aluminium maskor i acetonlösning (~ 20%) eller avjoniserat vatten i en bägare, och rengör dem med ultraljud under 15-30 minuter.
- Torka delarna och glaskammare i en termostat inställd på 60-80 ° C.
4. Framställning av Karakteriserings Prover
Obs: Prover bereds i en huv (för så förberedda material) eller en handskbox fylld med Ar (för luft-känsliga prover).
- Prover för SEM och XPS
- Stick en kol band på provstadiet. Kolet tejpen kan vara så stor som provsteget, eller så liten som preparatstycket.
- Klipp en bit prov om 5 mm 2, och hålla den på kol bandet.
Obs: Provet kan vara något icke-magnetiska prover. För proverna efter elektrokemiska tester, tvätta dem med elektrolyten lösningsmedel för pinne till kolet bandet. - Täta luftkänsliga prover i en Mason burk före mätningen.
- Driva SEM 34-36 eller XPS 37,38 enligt tillverkarens anvisningar.
- Prover för TEM
- Kvarnen 1 mg av provet pulver.
Obs! Elektrodprover, skrapa de aktiva materialen av karbonpapper innan fräsning. - Ladda provet pulvret på ett koppargaller, och ta bort det lösa pulvret.
- Ladda koppar gbli till provhållaren av TEM.
Obs: Få detta steg görs så snabbt som möjligt för luftkänsliga prover. - Utför TEM. 39-41
- Kvarnen 1 mg av provet pulver.
- Prover för hög energi XRD
- pulverprover
- Försegla en ände av en polyimid slangen genom lera eller lim.
- Ladda pulvret in i röret.
- Försegla den andra änden av slangen.
- skivprover
Obs: För att mäta de aktiva materialen på elektroden, är ett annat alternativ att skrapa dem karbonpapper och följ steg 4.3.1.- Täta de provstycken med en bit av polyamid tejp. Försegla genom att sätta proverna i mitten av en bit tejp, och täcker dem med en annan bit tejp.
Obs! För proverna efter elektrokemiska tester, tvätta dem med elektrolyten lösningsmedel innan försegling.
- Täta de provstycken med en bit av polyamid tejp. Försegla genom att sätta proverna i mitten av en bit tejp, och täcker dem med en annan bit tejp.
- Driva hög energi XRD 42-44 i Advanced PhOton Källor i Argonne National Laboratory.
- pulverprover
- Prover för XANES
- pulverprover
- Späd proverna om koncentrationen av de uppmätta elementen är hög, med användning av antingen bornitrid (BN) eller kolsvart som den utspädda medel. Här, späd till 3-5 vikt. %.
- Tryck på pulvret i skivan med diametern 7 mm och tjockleken på ca 1 mm, med hjälp av en KBr Pressmaterial och 7 mm Die Set.
- Täta skivan med fönsterfilm.
- skivprover
- Täta provet med fönsterfilm.
- Driva hög energi XANES 45-47 i Advanced Photon Källor i Argonne National Laboratory.
- pulverprover
- Prover för ATR-FTIR
- Rengöra diamant dämpad totalreflektion (ATR) enhet före och efter mätning.
- Sätt prover på diamantenheten för alla prover är intresserade.
- Utför ATR-FTIR-spektrometri. 48,49
- Prover för Raman Spectra
- Sätta provet på en plan skiva (glas, rostfritt stål, osv.).
- Täck provet med en locket.
- Täta set för luftkänsliga prover.
- Utför Raman-spektrometri. 50,51
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 1a visar installationen av Swagelok-celltyp av Li-O 2 batteritestet. En bit av litium filmen placeras på en stång av rostfritt stål vid anoden änden. Den porösa katoden är öppen för ren O2 genom ett aluminiumrör. Glasfiber används som en separator och en absorbator av aprotiskt elektrolyt; och Al-nät används som en strömsamlare. Hela Swagelok-celltyp förseglas i en glaskammare fylld med ultrahög renhet syre. För djupgående studie, multipla karakteriseringsmetoder tillämpas för att undersöka batterisystemet, inklusive som framställda elektrodmaterial och reaktionsprodukterna. SEM och TEM-bilder presentera mikrostrukturen av proverna. SEM-bilder av kolpulvret före (Figur 1c) och efter (figur 1d) katalysator loading visar en väl bevarandet av den porösa ytstruktur. TEM-bilder (figur 1e) showär elektrokatalysatornanopartiklar likformigt fördela på kolet substratet; och väl kristalliserade nanopartiklar visas i hög upplösning TEM bilden i figur 1F. Även elektronmikroskopiska bilder visar detalj morfologi och struktur av elektrokatalysatorer, kan andra röntgenbaserade karakteriseringstekniker ge mer information om deras kemiska sammansättning och kappa tillstånd. Såsom visas i figur 1b, 13 XANES spektra, vilka appliceras för att bestämma de valenstillstånd, visar att de elektrokatalysatornanopartiklar är delvis oxideras på grund av att framställningen av katoder i luft.
Som förberedda katodmaterial testas i Swagelok typ celler i ett spänningsfönster 2,2-4,5 V (vs Li + / Li). Typiska spänningsprofiler för urladdnings och urladdning-laddningscykler visas i Figur 2 a och b. Med förekomsten av electrocatalyst laddas av ALD, ökade utsläpp specifika kapaciteten till över 4000 mAh / g när cellen urladdas till 2,2 V, jämfört med den hos katoden utan elektrokatalysatorer (905 mAh / g). Avgiften potential reduceras till 3,4 V när cellkapaciteten styrs på 500 mAh / g (figur 2b), som är betydande förbättringar jämför med laddningspotential 4 V (figur 2b) för bara kol katoder. För att bättre utvärdera batteriets prestanda och förstå den elektrokemiska reaktionsmekanism, proverna vid olika urladdning / laddningssteg utsätts för karakterisering med hjälp av flera avancerade tekniker. I SEM-bild av urladdat katod, såsom visas i figur 2c, urladdnings produkterna har toroidform, som är allmänt accepterat som den primära morfologin hos Li 2 O 2 i ett Li-O 2-cell. 15,52 XRD-mönster används som ett direkt bevis för att identifiera kristallina produkter. Det enre endast topparna av Li 2 O 2 och kol i XRD-mönstret av den utmatade katoden (figur 2d), vilket antyder att de sidoreaktioner minimeras i cellen.
XPS och Raman-spektra används för att identifiera ytan kompositionen på elektroderna vid olika laddning / urladdning status. Enligt XPS-spektra (figur 3a), Li 2 O 2 och LiOH form på katodytan efter urladdning; och genom att ta ut, är Li 2 O 2 minskas men den irreversibla produkten LiOH kvar på ytan. En liten mängd av LiO 2, en mellanprodukt av en-elektronöverföring ORR, detekteras av Raman-spektroskopi (figur 3b). LiO 2 är metastabil på grund av dess lätt disproportionering, vilket bara gör detekteras av ytan känsliga karakterisering teknik som Ramanspektroskopi. Vibrationssignalen av OH och C = O-bindning i FT-IR-spektra (figur 3c och d) anger förekomsten av eter elektrolyten samt annan hydroxid, karbonat, eller karbonylgrupper arter på ytan av Li anoden eller glasfiber separator, som bildas i sidoreaktioner såsom elektrolyten nedbrytning och crossover syre effekt.
Figur 1. Swagelok-celltyp och som förberedda material. (A) Schema för en Swagelok-celltyp förseglas i en glaskammare. (B) Pd K-kant XANES spektra av så framställda katodmaterial, omtryckt från ref. 13. (c, d) SEM-bilder av kolpulver före och efter elektrokatalysator, respektive. (E, f) TEM och HRTEM bilder av kolpulvret med elektrokatalysator, respektive..com / filer / ftp_upload / 53740 / 53740fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Spännings Profiler av urladdningen / laddningsprocessen och karakterisering av utsläpp katoder. (A, b) spänningsprofil av en urladdning till 2,2 V och en kapacitet kontrollerat utsläpp laddningscykel, respektive. (C, d) SEM-bild och hög energi XRD mönster av katoden släpps i Swagelok-typ Li-O 2 batteri, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. (A) XPS-spektrum av Li 1s toppar vid olika laddning / urladdning status, omtryckt från ref. 13. (b) Raman spektra av kol katoder släpps till 2,5 V. (c, d) FTIR spektra av anoden och separatorn efter utskrivning-laddningscykler, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Med tanke på känsligheten hos Li-O 2 batterisystem till luft, särskilt CO2 och fukt, massor av steg i protokollet är nödvändiga för att minska de störande och för att undvika bireaktioner. Till exempel är den Swagelok-celltyp monterad i en handskbox fylld med Ar med O 2 <0,5 ppm och H2O <0,5 ppm; och alla katodmaterial, elektrolyt lösningsmedel och salt, glasfiber, Swagelok delar och glaskamrarna torkas före montering för att minska föroreningen fukt. Anoden ände är en stång av rostfritt stål för att undvika direkt kontakt mellan litiummetall och O 2 och för att skydda litiumanoden. Hela Swagelok installationen placeras i en ren-syre-fyllda glaskammare som garanterar en läcksäker behållare genom att täta med O-ring och vakuum fetter. Dessutom Al-mesh, den strömsamlare, kan hjälpa till att skydda den spröda kolkatoden.
de elkemisk test visar att de som förberedda katodmaterial visade en överlägsen elektro beteende i Li-O 2 batteri. På grund av att det, var katalysatornanopartiklar jämnt dispergerade över den höga ytarean kolbärare, och att den porösa strukturen och ytarean var väl härdade av katalysatorerna deponeringsmetoder som används i detta protokoll. Den totala reaktionen av icke-vattenhaltigt Li-O 2 batteri är 2Li + + O2 + 2e - → Li 2 O 2 2,3,7 Sido reaktioner, såsom elektrolyt nedbrytning, är också sannolikt att uppstå på grund av aktiviteten hos materialen. och mellanprodukter som används i en cell. Men i forskningen på detta stadium, sido reaktioner och biprodukter (LiOH, Li 2 CO 3, osv.) Har minskat betydligt med förbättring av material och syntestekniker. Såsom visas i figur 2d, även om det kan finnas en liten mängd byprodukter är mängden för låg för att detekteras med XRD. Vissa ytkänsliga tekniker, såsom XPS, FT-IR, och Raman-spektroskopi är därför används för att upptäcka de små produkter, särskilt på ytan regionen. Det finns ingen tvekan om att stabiliteten av elektrolyterna är mycket kritisk i syremiljö och elektrokemiska reaktioner. Eterbaserade elektrolyter (t.ex. TEGDME) är relativt stabila på nuvarande stadium av Li-O 2 batteri forskning. Men fortfarande behöver deras beteende som skall undersökas under långvarig cykling; och söka efter stabila elektrolyter är prioriterat forskningsområde för närvarande.
Det finns några andra karakteriseringsmetoder för att fastställa utbytet urladdning, eller biprodukter, såsom masspektrometri (MS) och titrering. Men i den aktuella forskningen skede är batterisystemet mycket stabilare och reversibla, och biprodukterna har reducerats avsevärt genom utvecklingen av elektrolyt och katodmaterialvilka har varit mer stabila gentemot syre och urladdningsprodukter. 3,13,15 I detta fall MS och titrering inte är tillräckligt känsliga för att uppskatta utbytet urladdning. Dessutom LiO 2, mellanprodukten, kan inte upptäckas genom titrering antingen på grund av sin extrema aktivitet.
I den här artikeln har vi visat ett systematiskt och effektivt protokoll för rutintest av aprotiska Li-O 2 batteri, inklusive prestandatest och karakterisering av batterimaterial och reaktionsprodukter. De metoder av katalysator loading resulterar i en likformig fördelning av katalysator nanopartiklar med bevarande av ytstrukturen av kolsubstrat. Lämplig monteringsprotokoll optimerar de aktiva materialen och säkerställer ren-O 2 miljö för de elektrokemiska reaktionerna.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1-Methyl-2-pyrrolidinone (NMP), 99.5% | Sigma-Aldrich | 328634 | |
| Battery test system | MACCOR | Series 4000 Automated Test System | |
| Dimethyl carbonate (DMC), ≥99% | Sigma-Aldrich | 517127 | |
| Ethyl alcohol, ≥99.5% | Sigma-Aldrich | 459844 | |
| Formaldehyde solution, 37 wt. % in H2O | Sigma-Aldrich | 252549 | |
| Graphitized Carbon black, >99.95% | Sigma-Aldrich | 699632 | |
| Iron(III) chloride (FeCl3), 97% | Sigma-Aldrich | 157740 | |
| Kapton polyimide tubing | Cole-Parmer | EW-95820-09 | |
| Kapton polymide tape | Cole-Parmer | EW-08277-80 | |
| Kapton window film | SPEX Sample Prep | 3511 | |
| Lithium Chip (99.9% Lithium) | MTI Corporation | EQ-Lib-LiC25 | |
| Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF3SO3) | Sigma-Aldrich | 481548 | |
| Palladium hexafluoroacetylacetonate (Pd(hfac)2), 99.9% | Aldrich | 401471 | |
| Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) | Aldrich | 182702 | |
| Potassium permanganate (KMnO4), ≥99.0% | Sigma-Aldrich | 223468 | |
| Sodium hydroxide (NaOH), ≥97.0% | Sigma-Aldrich | 221465 | |
| Tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), ≥99% | Aldrich | 172405 | |
| Toray 030 carbon paper | ElectroChem Inc. | 590637 |
References
- Abraham, K. M., Jiang, Z. A polymer electrolyte-based rechargeable lithium/oxygen battery. J. Electrochem. Soc. 143, 1-5 (1996).
- Bruce, P. G., Freunberger, S. A., Hardwick, L. J., Tarascon, J. -M. Li-O2 and Li-S batteries with high energy storage. Nat. Mater. 11, 19-29 (2012).
- Lu, J., et al. Aprotic and Aqueous Li-O2 Batteries. Chem. Rev. 114, 5611-5640 (2014).
- Black, R., Adams, B., Nazar, L. F. Non-Aqueous and Hybrid Li-O2 Batteries. Adv. Energy Mater. 2, 801-815 (2012).
- Bruce, P. G., Hardwick, L. J., Abraham, K. M. Lithium-air and lithium-sulfur batteries. MRS Bull. 36, 506-512 (2011).
- Christensen, J., et al. A Critical Review of Li/Air Batteries. J. Electrochem. Soc. 159, 1-30 (2012).
- Girishkumar, G., McCloskey, B., Luntz, A. C., Swanson, S., Wilcke, W. Lithium-Air Battery: Promise and Challenges. J. Phys. Chem. Lett. 1, 2193-2203 (2010).
- Lu, J., Amine, K. Recent Research Progress on Non-aqueous Lithium-Air Batteries from Argonne National Laboratory. Energies. 6, 6016-6044 (2013).
- Ding, N., et al. Influence of carbon pore size on the discharge capacity of Li-O2 batteries. J. Mater. Chem. A. 2, 12433 (2014).
- Nimon, V. Y., Visco, S. J., De Jonghe, L. C., Volfkovich, Y. M., Bograchev, D. A. Modeling and Experimental Study of Porous Carbon Cathodes in Li-O2 Cells with Non-Aqueous Electrolyte. ECS Electrochem. Lett. 2, 33-35 (2013).
- Ottakam Thotiyl, M. M., Freunberger, S. A., Peng, Z., Bruce, P. G. The Carbon Electrode in Nonaqueous Li-O2 Cells. J. Am. Chem. Soc. 135, 494-500 (2012).
- Park, J. -B., Lee, J., Yoon, C. S., Sun, Y. -K. Ordered Mesoporous Carbon Electrodes for Li-O2 Batteries. Acs Appl. Mater. Interfaces. 5, 13426-13431 (2013).
- Lei, Y., et al. Synthesis of porous carbon supported palladium nanoparticle catalysts by atomic layer deposition: application for rechargeable lithium-O2 battery. Nano Lett. 13, 4182-4189 (2013).
- Lu, J., et al. Effect of the size-selective silver clusters on lithium peroxide morphology in lithium-oxygen batteries. Nat. Commun. 5, 4895 (2014).
- Lu, J., et al. A nanostructured cathode architecture for low charge overpotential in lithium-oxygen batteries. Nat. Commun. 4, 2383 (2013).
- Lu, J., et al. Synthesis and characterization of uniformly dispersed Fe3O4/Fe nanocomposite on porous carbon: application for rechargeable Li-O2 batteries. RSC Adv. 3, 8276-8285 (2013).
- Luo, X., et al. Pd nanoparticles on ZnO-passivated porous carbon by atomic layer deposition: an effective electrochemical catalyst for Li-O2 battery. Nanotechnology. 26, 164003 (2015).
- Freunberger, S. A., et al. The Lithium-Oxygen Battery with Ether-Based Electrolytes. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 8609-8613 (2011).
- Laoire, C. O., Mukerjee, S., Abraham, K. M., Plichta, E. J., Hendrickson, M. A. Influence of Nonaqueous Solvents on the Electrochemistry of Oxygen in the Rechargeable Lithium-Air Battery. J. Phys. Chem. C. 114, 9178-9186 (2010).
- McCloskey, B. D., Bethune, D. S., Shelby, R. M., Girishkumar, G., Luntz, A. C. Solvents' Critical Rope in Nonaqueous Lithium-Oxygen Battery Electrochemistry. J. Phys. Chem. Lett. 2, 1161-1166 (2011).
- Assary, R. S., et al. Molecular-Level Insights into the Reactivity of Siloxane-Based Electrolytes at a Lithium-Metal Anode. ChemPhysChem. 15, 2077-2083 (2014).
- Du, P., et al. Compatibility of lithium salts with solvent of the non-aqueous electrolyte in Li-O2 batteries. Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 5572-5581 (2013).
- Aleshin, G. Y., et al. Protected anodes for lithium-air batteries. Solid State Ion. 184, 62-64 (2011).
- Assary, R. S., et al. The Effect of Oxygen Crossover on the Anode of a Li-O2 Battery using an Ether-Based Solvent: Insights from Experimental and Computational Studies. ChemSusChem. 6, 51-55 (2013).
- Aurbach, D., Zinigrad, E., Cohen, Y., Teller, H. A short review of failure mechanisms of lithium metal and lithiated graphite anodes in liquid electrolyte solutions. Solid State Ion. 148, 405-416 (2002).
- Dey, A. N. Lithium Anode Film And Organic And Inorganic Electrolyte Batteries. Thin Solid Films. 43, 131-171 (1977).
- Lau, K. C., Lu, J., Luo, X., Curtiss, L. A., Amine, K. Implications of the Unpaired Spins in Li-O2 Battery Chemistry and Electrochemistry: A Minireview. ChemPlusChem. 80, 336-343 (2015).
- Lau, K. C., et al. Theoretical Exploration of Various Lithium Peroxide Crystal Structures in a Li-Air Battery. Energies. 8, 529-548 (2015).
- Black, R., et al. Screening for Superoxide Reactivity in Li-O2 Batteries: Effect on Li2O2/LiOH Crystallization. J. Am. Chem. Soc. 134, 2902-2905 (2012).
- Gallant, B. M., et al. Influence of Li2O2 morphology on oxygen reduction and evolution kinetics in Li-O2 batteries. Energy Environ. Sci. 6, 2518-2528 (2013).
- Lu, J., et al. Magnetism in Lithium-Oxygen Discharge Product. ChemSusChem. 6, 1196-1202 (2013).
- Xu, J. -J., Wang, Z. -L., Xu, D., Zhang, L. -L., Zhang, X. -B. Tailoring deposition and morphology of discharge products towards high-rate and long-life lithium-oxygen batteries. Nat. Commun. 4, 2438 (2013).
- Zhong, L., et al. In Situ Transmission Electron Microscopy Observations of Electrochemical Oxidation of Li2O2. Nano Lett. 13, 2209-2214 (2013).
- Hitachi S-4700 SEM Training & Reference Guide. , Available from: http://chanl.unc.edu/files/2013/04/sem-user-guide_v1.pdf (2015).
- SEM Hitachi S4700 User Manual. , Available from: http://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Material/surface/naibu/SEM%20Hitachi%20S4700%20User%20Manual.doc (2015).
- Goldstein, J., et al. Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. , Springer. New York, NY. (2003).
- X-Ray Photoelectron Spectrometer Operation Procedure. , Available from: https://nanofabrication.4dlabs.ca/uploads/documents/XPS_SOP.pdf (2015).
- Haasch, R. T. Practical Materials Characterization. Sardela, M. , Springer. New York, NY. Ch. 3 93-132 (2014).
- JEM-2100F Field Emission Transmission Electron Microscope. , Available from: http://cmrf.research.uiowa.edu/files/cmrf.research.uiowa.edu/files/JEOL%202100%20User%20Instructions.pdf (2015).
- Wen, J. -G. Practical Materials Characterization. Sardela, M. , Springer. New York, NY. Ch. 5 189-229 (2014).
- Williams, D. B., Carter, C. B. Transmission Electron Microscopy. , Springer. New York, NY. (2009).
- Beamline 11-ID-C: High-energy Diffraction Beamline. , Available from: http://www.aps.anl.gov/Beamlines/Directory/showbeamline.php?beamline_id=15 (2015).
- Beamline 11-ID-D: Sector 11 - Time Resolved X-ray Spectroscopy and Scattering. , Available from: http://www.aps.anl.gov/Beamlines/Directory/showbeamline.php?beamline_id=17 (2015).
- Sardela, M. R. Practical Materials Characterization. Sardela, M. , Springer. New York, NY. Ch. 1 1-41 (2014).
- Beamline 9-BM-B,C: X-ray Absorption Spectroscopy Beamline. , Available from: http://www.aps.anl.gov/Beamlines/Directory/showbeamline.php?beamline_id=82 (2015).
- Beamline 20-BM-B: X-ray Absorption Spectroscopy Beamline. , Available from: http://www.aps.anl.gov/Beamlines/Directory/showbeamline.php?beamline_id=32 (2015).
- Bunker, G. Introduction to XAFS: A Practical Guide to X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy. , Cambridge University Press. 1 edition (2010).
- Nicolet FT-IR User's Guide. , Available from: http://chemistry.unt.edu/~verbeck/LIMS/Manuals/6700_User.pdf (2015).
- Nicolet iS5 User Guide. , (2015).
- Renishaw inVia Raman Microscope Training Notebook. , Available from: https://depts.washington.edu/ntuf/facility/docs/raman_training_rev2_120507.pdf (2015).
- Renishaw InVia Quick Operation Summary. , Available from: https://www.ccmr.cornell.edu/sites/default/files/facilities%20equipment/Raman_Operation_Procedures_July_14_2014.pdf (2015).
- Mitchell, R. R., Gallant, B. M., Thompson, C. V., Shao-Horn, Y. All-carbon-nanofiber electrodes for high-energy rechargeable Li-O2 batteries. Energy Environ. Sci. 4, 2952-2958 (2011).
