正如名字所示，鋰空氣電池以空氣中的氧氣作為陰極，同時(shí)以鋰作為陽(yáng)極。由于以多孔碳為主的陰極很輕，且氧氣可從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里，鋰空氣電池十分輕便，且具有更高的能量密度，可比鋰離子電池多存儲(chǔ)5倍至10倍的能量。但除去這些優(yōu)勢(shì)，鋰空氣電池仍面臨著眾多的市場(chǎng)化限制。而在一項(xiàng)新研究中，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)解決了其中最重要的一項(xiàng)難題：可逆性，其對(duì)于該類(lèi)電池實(shí)現(xiàn)重復(fù)充電和成本降低十分重要。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《納米技術(shù)》雜志上。

當(dāng)充好電的鋰空氣電池投入使用時(shí)，鋰離子會(huì)穿過(guò)電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電子并留在陰極，從而為電子設(shè)備供應(yīng)電力。而為了給電池再充電，鋰離子必須從陰極回到陽(yáng)極。這實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分困難，因?yàn)槠渲猩婕傲嗽S多不利的化學(xué)過(guò)程，例如反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度低、反應(yīng)動(dòng)力緩慢，以及鋰金屬不易發(fā)生反應(yīng)等。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)疊加時(shí)，它們將形成不能溶解的產(chǎn)物，因而很難發(fā)生可逆反應(yīng)，并最終阻塞在陰極。

在研究中，科學(xué)家利用尖端為20納米的原子力顯微鏡(AFM)，基于鋰離子導(dǎo)電玻璃陶瓷電解質(zhì)，利用直流電測(cè)量了顯微鏡在循環(huán)過(guò)程中尖端高度的變化，以分析鋰微粒的增長(zhǎng)，從而探究電池的可逆性。他們觀測(cè)到了鋰微粒的局部可逆性，這可由隨著鋰離子減少而出現(xiàn)的陽(yáng)極峰值，以及相關(guān)微粒高度的下降證明。當(dāng)最小的微粒形成時(shí)，可逆程度達(dá)到了最高水平。研究人員發(fā)現(xiàn)，尖端高度的增加和下降都與電流的變化相關(guān)。這意味著他們可能制造出具有活躍陽(yáng)極的納米電池，鋰空氣電池的可逆性還有望在未來(lái)得到進(jìn)一步的提高。

科學(xué)家表示，如果鋰空氣電池能夠?qū)崿F(xiàn)，將主要應(yīng)用于交通運(yùn)輸或筆記本電腦等對(duì)移動(dòng)性要求很高的情境或產(chǎn)品中。但其仍需要更多的技術(shù)改進(jìn)，如在陰極上使用更好的催化劑，以及性能出眾的多功能電解質(zhì)等，如若克服了這些障礙，鋰空氣電池也將能應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，如可被應(yīng)用于微機(jī)電和納米機(jī)電系統(tǒng)之中，這些系統(tǒng)能源需求更低，鋰空氣電池能運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。