Elektrochemische Oxidation von Lithiumcarbonat generiert Singulett‐Sauerstoff

Feste Alkalicarbonate sind universelle Bestandteile von Passivierungsschichten an Materialien für Interkalationsbatterien, übliche Nebenprodukte in Metall‐O2‐Batterien, und es wird angenommen, dass sie sich reversibel in Metall‐O2 /CO2‐Zellen bilden und zersetzen. In all diesen Kathoden zersetzt sich Li2CO3 zu CO2, sobald es Spannungen >3.8 V vs. Li/Li+ ausgesetzt wird. Beachtenswert ist, dass keine O2‐Entwicklung detektiert wird, wie gemäß der Zersetzungsreaktion 2 Li2CO3 → 4 Li+ + 4 e− + 2 CO2 + O2 zu erwarten wäre. Deswegen war der Verbleib eines der O‐Atome ungeklärt und wurde nicht identifizierten parasitären Reaktionen zugerechnet. Hier zeigen wir, dass hochreaktiver Singulett‐Sauerstoff (1O2) bei der Oxidation von Li2CO3 in einem aprotischen Elektrolyten gebildet und daher nicht als O2 freigesetzt wird. Diese Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen auf die langfristige Zyklisierbarkeit von Batterien: sie untermauern die Wichtigkeit, 1O2 in Metall‐O2‐Batterien zu verhindern, stellen die Möglichkeit einer reversiblen Metall‐O2 /CO2‐Batterie basierend auf einem Carbonat‐Entladeprodukt in Frage und helfen, Grenzflächenreaktivität von Übergangsmetallkathoden mit Li2CO3‐Resten zu erklären. Allgegenwärtiges Lithiumcarbonat: In Li‐Batterien wird hochreaktiver Singulett‐Sauerstoff gebildet, wenn Lithiumcarbonat elektrochemisch über 3.8 V vs. Li/Li+ oxidiert wird, was nahelegt, dass die meisten momentan untersuchten Kathoden nachteilig durch Li2CO3 beeinträchtigt werden. Strategien, um 1O2 und die Anwesenheit von Li2CO3 während des Batteriebetriebes zu unterbinden, sind daher erforderlich.