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

科學家們已經(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–可以運行數(shù)百次充電循環(huán)。從理論上講，鋰空氣電池在電池領域令人們感到興奮，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充電。

以鋰電池為動力的電動汽車，只需一次充電，就能走得更遠，因為這些電池比同等重量的鋰離子電池能容納更多的能量。然而，鋰電池還沒有在空氣中運行一段時間。問題是，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，形成沉積物，從而迅速降低每個電極的充電能力。

由于氧氣是鋰空氣電池中產(chǎn)生電化學反應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，但在未來的應用中并不可行：向汽車電池提供純氧會產(chǎn)生安全問題。

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

研究人員通過選擇在充電和放電過程中僅介于鋰和氧之間的反應的材料和電解質，將陰極處的副反應降至最低。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的結構會影響其收集水和二氧化碳的傾向，與鋰離子反應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。當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，他們看到其表面有一層Li2O2薄膜。計算機模型表明，二氧化碳和水不會粘附在這種薄膜上，從而減少了形成陰極堵塞鹽的機會。

Salehi-Khojin說：“這種設計的好處在于，我們可以在使用空氣的同時享受到純氧環(huán)境的所有好處。”“電池的成分會隔離氮、二氧化碳和水蒸氣，這樣它們就不會參與不必要的副作用。”

由設計的電極和電解液組裝而成的鋰電池在模擬空氣中運行700次充電循環(huán)。用未涂覆的陽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。

美國卡內基梅隆大學的Venkat Viswanathan指出，對鋰空氣電池來說，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量每個電池充電和放電時所傳遞的電荷。然而，對于鋰空氣電池，那些交付的電荷也可以來自于許多其他的反應，而不是鋰和氧之間所需要的反應。Viswanathan想知道，在這個電池中，有多少寄生過程可以人為地提高電池的循環(huán)壽命，而減少這些寄生過程對于制造商業(yè)上可行的長效鋰空氣電池將是至關重要的。