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.