新型锂空气电池，防水

高效稳定的锂空气电池是由英国研究人员开发的。虽然之前的设计一直被水的存在所困扰，但新的设计实际上需要水才能运行。这使得电池能够保持高达93%的高能量效率，并在数百甚至数千次循环中保持接近此值。

锂空气电池的理论充电容量是所有电池中最高的，它包括一个金属锂负极，当电池放电时，它与氧气反应，充电时又还原为金属。正极是一种惰性多孔碳材料，它能保持氧气和电解质之间的电接触，并储存氧化形式的锂。在传统的锂空气电池中，这是过氧化锂(Li₂O₂)．不幸的是，这堵塞了碳电极的孔隙。然后需要高过电位来给电池充电，降低能量效率，并引起可能损坏电池组件的不必要的副反应。另一个问题是，电池甚至不耐受少量的水，因为它会导致氢氧化锂(LiOH)的形成，它比过氧化锂更稳定，因此很难去除。

在新的研究中，材料化学家克莱尔灰色和剑桥大学的同事在电解液中加入了碘化锂(LiI)。在一些实验细胞中，这已被用作介质，以降低电荷过程的过电位。令他们惊讶的是，他们发现还原后的氧化石墨烯电极在电池放电时由黑变白:他们使用x射线衍射和核磁共振光谱分析了电极，发现放电产物实际上是氢氧化锂。研究人员认为，在放电过程中，锂会被电化学氧化为超氧化物锂(LiO)₂)，并且在碘化锂存在的情况下，它会反应生成氢氧化锂和氧气。研究人员还不清楚碘化锂在后一个过程中的重要性，但它显然发挥了一些作用，因为放电产物是过氧化锂，如果没有添加它。

最重要的是，氢氧化锂不会导致电池故障。研究人员发现，在他们的设计中，它可以在0.2V的微小过电位下几乎完全被去除，从而产生能量效率高达93%的电池，看起来比传统的锂-空气电池更稳定，当电池以低充放电率循环时，能量效率在2000次循环中仅略有下降。“我们的细胞已经循环了几个月，”格雷说。研究人员认为，在充电时，I^-离子被电化学氧化成I_3.^-，使被解放的电子以化学方式还原锂。尽管如此，格雷坦率地承认“这是一个早期的结果”，并说，“我们不了解正在发生的一切。其中一个难题是锂的形成需要质子，而研究人员并没有故意在电池中添加质子源。额外的实验，他们添加了²H₂O到电解质中，得到LiO²H在放电过程中产生，表明质子来自所谓无水电解质中的残余水。

“这是一篇非常有趣的论文，有意想不到的电化学结果，以及很好的核磁共振研究，”电化学家说杨Shao-Horn美国麻省理工学院的教授。她对形成氢氧化锂所需的质子源很感兴趣。她说，如果质子来自水，在估计单位质量的最大能量密度时就需要考虑水。“作者使用无水电解质，这通常意味着我们有百万分之数十的水。如果是这样的话，那么为了产生我们所看到的容量，我们将不得不使用数十毫升的电解质。这个量异常高，会显著增加电池重量，降低电池比能量。”