Singulett-Sauerstoff in der aprotischen Natrium-O2-Batterie

Aprotische Natrium‐O2‐Batterien basieren auf der reversiblen Bildung und Auflösung von Natriumsuperoxid (NaO2) während des Zellbetriebs. Nebenreaktionen des Elektrolyten und der Elektrode mit dem stark nukleophilen und basischen NaO2 führen zu mangelhafter Zyklenstabilität. Seine Reaktivität allein kann die Nebenreaktionen und schlechte Reversibilität jedoch nicht schlüssig erklären. Hier wird gezeigt, dass Singulett‐Sauerstoff (1O2) in allen Phasen des Betriebs entsteht und eine Hauptursache für Nebenreaktionen ist. 1O2 wurde in situ und ex situ mit einem 1O2‐Fänger detektiert, der schnell und selektiv ein Addukt mit 1O2 bildet. Mechanistisch betrachtet entsteht 1O2 entweder durch protonenunterstützte Disproportionierung von Superoxid während des Entladens, Lagerns und Ladens unter ca. 3.3 V oder durch direkte elektrochemische 1O2‐Entwicklung über ca. 3.3 V. Spuren von Wasser ermöglichen hohe Kapazitäten, beschleunigen aber auch Nebenreaktionen. Daher muss das hochreaktive 1O2 unbedingt kontrolliert werden, um die Zelle reversibel zu betreiben.