Revealing instability and irreversibility in nonaqueous sodium–O₂ battery chemistry

Abstract

Charging kinetics and reversibility of Na-O2 batteries can be influenced greatly by the particle size of NaO2 formed upon discharge, and exposure time (reactivity) of NaO2 to the electrolyte. Micrometer-sized NaO2 cubes formed at high discharge rates were charged at smaller overpotentials compared to nanometer-sized counterparts formed at low rates.

Sodium Peroxide Dihydrate or Sodium Superoxide: The Importance of the Cell Configuration for Sodium–Oxygen Batteries

“…The different formation pathways might generate different forms of the products. In addition, Sayed et al argue that the peak at 1141 cm −1 might come from the Na 2 O 2 or the CH 3 O and CO groups . It is likely that during the aging of NaO 2 , it reacts with the electrolyte to form side products.…”

Recent Development of Aprotic Na−O2 Batteries

“…The presence of NaOH is always paired with Na 2 O 2 ⋅ 2H 2 O, probably due to the side reaction between NaO 2 and water, or due to the conversion of Na 2 O 2 ⋅ 2H 2 O into NaOH upon charge by the equation of Na 2 O 2 ⋅ 2H 2 O→2NaOH+H 2 O 2 . Na 2 CO 3 is now widely recognized as the principal discharge product along with Na 2 O 2 in carbonate‐based electrolyte because of the instability of carbonate solvent towards superoxide radicals …”

“…NaOH can be further oxidized with plateaus at 2.7 and 3.1 V vs. Na/Na + , depending on the state of NaOH . Na 2 O 2 ⋅ 2H 2 O can also be converted into NaOH . So, the plateau at ∼2.8 V can be attributed to oxidation of NaOH.…”

Singulett‐Sauerstoff in der aprotischen Natrium‐O2‐Batterie

“…5 % des erwarteten NaO 2 fehlen und durch Nebenprodukte wie Na 2 CO 3 , Natriumacetat und Natriumformiat ersetzt sind. Während der darauffolgenden Lagerung und Ladung bilden sich mehr dieser Nebenprodukte, und das e − /O 2 ‐Verhältnis weicht typischerweise einige Prozent von eins ab . Auch wenn weniger Nebenprodukte gebildet werden als in einer Li‐O 2 ‐Zelle, ist die Zyklenstabilität ähnlich schlecht: Beschränkte Kapazitäten können bis zu einigen hundert Zyklen aufrechterhalten werden, doch dies geht zulasten der wahren Energie.…”

“…aufzulösen. Mehrere Studien haben die Instabilität von NaO 2 während längerer Lagerung gezeigt . Obwohl sich die Details unterscheiden, zeigen sie im Allgemeinen eine allmähliche Umwandlung von NaO 2 zu Na 2 O 2 ⋅H 2 O. Gleichzeitig zersetzt sich der Elektrolyt, und es bilden sich NaOH, Na 2 CO 3 und organische Verbindungen einschließlich Natriumformiat und ‐acetat.…”