組件協(xié)同工作，最大限度地減少空氣中的副作用，延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。

科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)明了一種新型鋰電池，它可以在空氣–而不是在純氧中–可以運(yùn)行數(shù)百次充電循環(huán)。從理論上講，鋰空氣電池在電池領(lǐng)域令人們感到興奮，它們比普通的鋰離子電池能容納9倍以上的能量。然而，在鋰鹽堵塞電極之前，只能使用少量鋰離子電池而不是純氧來(lái)充電。

以鋰電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車(chē)，只需一次充電，就能走得更遠(yuǎn)，因?yàn)檫@些電池比同等重量的鋰離子電池能容納更多的能量。然而，鋰電池還沒(méi)有在空氣中運(yùn)行一段時(shí)間。問(wèn)題是，空氣中的氮、二氧化碳和水蒸汽容易與電池電極上的離子發(fā)生反應(yīng)，形成沉積物，從而迅速降低每個(gè)電極的充電能力。

由于氧氣是鋰空氣電池中產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)所需的空氣的唯一成分，研究人員將它供給到電池中。雖然這消除了副作用，但在未來(lái)的應(yīng)用中并不可行：向汽車(chē)電池提供純氧會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題。

美國(guó)芝加哥伊利諾伊大學(xué)(University of Illinois at Chicago)的Amin Salehi-Khojin和他的同事們?yōu)榱酥圃煲环N可以在空氣中運(yùn)行的長(zhǎng)壽命鋰電池，設(shè)計(jì)了電池中的電極和電解液，以最大限度地減少產(chǎn)生問(wèn)題的副作用。為了制造電池的陽(yáng)極，研究人員用電化學(xué)方法將碳酸鋰和碳電化學(xué)沉積到鋰晶片上。該涂層允許鋰離子通過(guò)，同時(shí)防止二氧化碳、氧、氮和水到達(dá)電極表面的活性鋰。

研究人員通過(guò)選擇在充電和放電過(guò)程中僅介于鋰和氧之間的反應(yīng)的材料和電解質(zhì)，將陰極處的副反應(yīng)降至最低。他們利用二硫化鉬的納米薄片制作了陰極，其在放電期間催化形成Li 2 O 2并伴隨其分解。研究人員還在電池中注入了電解液，電解液中的鋰鹽溶解在二甲基亞砜和離子液體的混合物中。

在陰極上形成的Li2O2的結(jié)構(gòu)會(huì)影響其收集水和二氧化碳的傾向，與鋰離子反應(yīng)生成氫氧化鋰和碳酸鋰的沉淀物，阻塞陰極上的活性中心點(diǎn)。當(dāng)研究人員使用透射電子顯微鏡檢查混合電解液中的陰極放電時(shí)，他們看到其表面有一層Li2O2薄膜。計(jì)算機(jī)模型表明，二氧化碳和水不會(huì)粘附在這種薄膜上，從而減少了形成陰極堵塞鹽的機(jī)會(huì)。

Salehi-Khojin說(shuō)：“這種設(shè)計(jì)的好處在于，我們可以在使用空氣的同時(shí)享受到純氧環(huán)境的所有好處?！薄半姵氐某煞謺?huì)隔離氮、二氧化碳和水蒸氣，這樣它們就不會(huì)參與不必要的副作用?！?/span>

由設(shè)計(jì)的電極和電解液組裝而成的鋰電池在模擬空氣中運(yùn)行700次充電循環(huán)。用未涂覆的陽(yáng)極和相同的陰極和電解液制作的電池在11次充電循環(huán)后失敗。

美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Venkat Viswanathan指出，對(duì)鋰空氣電池來(lái)說(shuō)，解釋循環(huán)壽命通常是困難的。確定鋰離子電池循環(huán)壽命的一種常用方法是測(cè)量每個(gè)電池充電和放電時(shí)所傳遞的電荷。然而，對(duì)于鋰空氣電池，那些交付的電荷也可以來(lái)自于許多其他的反應(yīng)，而不是鋰和氧之間所需要的反應(yīng)。Viswanathan想知道，在這個(gè)電池中，有多少寄生過(guò)程可以人為地提高電池的循環(huán)壽命，而減少這些寄生過(guò)程對(duì)于制造商業(yè)上可行的長(zhǎng)效鋰空氣電池將是至關(guān)重要的。