由于其理論比能量高，鋰空氣電池被認為是鋰離子電池的潛在替代品。然而，迄今為止，這樣的系統主要限于純氧環境，并且由于涉及陰極、陽極和電解質的副反應而具有有限的循環壽命。在存在N2，CO2和水蒸氣的情況下，這些副反應可能變得更加復雜。此外，由于需要儲存O2，鋰－氧體系的體積能量密度對于實際應用而言可能太小。

【成果簡介】

近日，在伊利諾伊大學芝加哥分校Amin Salehi－Khojin教授和阿貢國家實驗室Larry A． Curtiss教授（共同通訊作者）的團隊帶領下，與伊利諾伊理工大學和加利福尼亞州立大學合作，采用了兩種策略來限制在含有代表性量的O2，N2，CO2和H2O的模擬空氣氛圍中的鋰－氧電池中的副反應。首先，團隊開發了Li2CO3／C涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護陽極免受模擬空氣的成分影響。其次，基于先前報道的二硫化鉬納米薄片構建陰極，并使用離子液體1－乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸鹽（EMIM－BF4）和二甲基亞砜（DMSO）的混合物作為電解質。該系統的組件一起運行，以防止在CO2和H2O存在下形成副產物。在模擬空氣環境中作為鋰空氣電池工作，循環壽命長達700次。相關成果以題為“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air－like atmosphere”發表在了Nature上。

【圖文導讀】

圖1 鋰空氣電池系統中陽極的特性表征

圖2 鋰空氣電池系統中陰極的性能表征

圖3 陰極充放電產物的微觀表征

圖4 鋰－空氣電池的陽極，陰極和電解質的計算研究

【小結】

根據表征和計算研究表明，受保護的鋰陽極，電解質混合物和高性能空氣陰極一起協同工作，在模擬空氣條件下提供循環壽命長的鋰－氧電池。這種設計的新架構鋰空氣電池的能量密度比目前鋰離子電池的高得多，在該領域是有前途的一步。