正如名字所示，鋰空氣電池以空氣中的氧氣作為陰極，同時以鋰作為陽極。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5倍至10倍的能量。但除去這些優(yōu)勢，鋰空氣電池仍面臨著眾多的市場化限制。而在一項新研究中，美國橡樹嶺國家實驗室的研究團隊解決了其中最重要的一項難題：可逆性，其對于該類電池實現(xiàn)重復充電和成本降低十分重要。相關(guān)研究報告發(fā)表在近期出版的《納米技術(shù)》雜志上。

當充好電的鋰空氣電池投入使用時，鋰離子會穿過電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣發(fā)生氧化還原反應，產(chǎn)生電子并留在陰極，從而為電子設備供應電力。而為了給電池再充電，鋰離子必須從陰極回到陽極。這實現(xiàn)起來十分困難，因為其中涉及了許多不利的化學過程，例如反應產(chǎn)物的溶解度低、反應動力緩慢，以及鋰金屬不易發(fā)生反應等。當化學反應疊加時，它們將形成不能溶解的產(chǎn)物，因而很難發(fā)生可逆反應，并最終阻塞在陰極。

在研究中，科學家利用尖端為20納米的原子力顯微鏡（AFM），基于鋰離子導電玻璃陶瓷電解質(zhì)，利用直流電測量了顯微鏡在循環(huán)過程中尖端高度的變化，以分析鋰微粒的增長，從而探究電池的可逆性。他們觀測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)的陽極峰值，以及相關(guān)微粒高度的下降證明。當最小的微粒形成時，可逆程度達到了最高水平。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極的納米電池，鋰空氣電池的可逆性還有望在未來得到進一步的提高。

科學家表示，如果鋰空氣電池能夠?qū)崿F(xiàn)，將主要應用于交通運輸或筆記本電腦等對移動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，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用于更廣泛的領(lǐng)域，如可被應用于微機電和納米機電系統(tǒng)之中，這些系統(tǒng)能源需求更低，鋰空氣電池能運行更長時間。