有前途的高能锂电池将纯氧转换为空气

科学家们发明了一种很有前途的锂电池，这种电池可以在空气中充电数百次，而不是纯氧。锂空气电池在电池界引起了轰动，因为从理论上讲，它的能量是普通锂离子电池的9倍。然而，为数不多的锂-空气电池只能在锂盐堵塞电极之前充电数十次。

由锂空气电池驱动的电动汽车充一次电可以行驶更远的距离，因为这种电池比同等重量的锂离子电池能储存更多的能量。然而,锂空气电池还没有在空气中运行任何时间。问题在于，空气中的氮气、二氧化碳和水蒸气会与电池电极上的离子发生反应，形成沉淀物，迅速降低每个电极的充电能力。

由于氧气是锂-空气电池中产生电化学反应所需的唯一空气成分，研究人员将氧气而不是空气注入电池。虽然这消除了副作用，但在未来的应用中并不实际:将纯氧输送到汽车电池可能会产生安全问题。

为了制造一种靠空气运行的长寿命锂电池，阿明Salehi-Khojin他和他的同事们设计了电池中的电极和电解质，以最大限度地减少不良反应。为了制造电池的阳极，研究人员电化学沉积了碳酸锂碳到锂芯片。这种涂层可以让锂离子通过，同时防止二氧化碳，氧气，氮而且水到达电极表面的活性锂。

研究人员选择了一种材料和电解质，在充电和放电过程中只介导锂和氧之间的反应，从而最大限度地减少了阴极上的副反应。他们用纳米薄片制成阴极二硫化钼，从而催化Li的形成₂O₂在充电过程中以及放电过程中的分解。研究人员还在电池中填充了电解液，电解液中含有溶解在二甲基亚砜和离子液体混合物中的锂盐。

李的结构₂O₂在阴极形成会影响其收集水和二氧化碳的倾向，这些水和二氧化碳与锂离子反应形成氢氧化锂和碳酸盐沉积物，堵塞阴极上的反应位点。当研究人员使用透射电子显微镜检查混合电解质中的阴极放电时，他们看到了一层锂薄膜₂O₂在表面上。计算机模型表明，二氧化碳和水不会粘附在这种薄膜上，从而减少了形成阴极堵塞盐的机会。

Salehi-Khojin说:“这种设计的美妙之处在于，我们可以在使用空气的同时获得纯氧环境的所有好处。”“电池的组成部分隔离了氮气、二氧化碳和水蒸气，这样它们就不会参与不必要的副反应。”

由设计的电极和电解质组装而成的锂-空气电池在模拟空气中可以充电700次。用未涂覆的阳极和相同的阴极和电解质制成的电池在11次充电循环后失效。

锂空气电池的循环寿命通常很难解释Venkat Viswanathan，美国卡内基梅隆大学教授。确定锂离子电池循环寿命的常用方法包括测量每次电池充放电时的电量。然而，对于锂-空气电池，除了锂和氧之间的反应外，这些电荷也可以来自许多其他反应。维斯瓦纳坦想知道这种电池中有多少寄生过程可以人为地提高其循环寿命，而最小化这些寄生过程对于制造一种商业上可行的持久锂空气电池至关重要。