對于鋰氧電池系統(tǒng)，研究人員公認(rèn)電池的充放電反應(yīng)產(chǎn)生類似甜圈和氣球狀的奇特反應(yīng)產(chǎn)物形狀。然而，這個形狀的如何形成仍然是一個謎。在氧氣氣氛中，原子尺度下的納米鋰-氧電池的新研究為解決這個謎題提供了新線索。

鋰-氧反應(yīng)途徑的發(fā)現(xiàn)為鋰-氧系統(tǒng)中電化學(xué)過程的定量建模奠定了基礎(chǔ),為更好地設(shè)計(jì)具有高容量、更長周期壽命的鋰氧電池提供了視角。

鋰-氧電池系統(tǒng)在電動工業(yè)中是啟用技術(shù)。然而，鋰-氧電池的研究和開發(fā)受到了兩個懸而未決的問題的嚴(yán)重阻礙。第一，電池的充放電過程中電化學(xué)反應(yīng)的具體路線是什么？第二，反應(yīng)產(chǎn)物的形狀和反應(yīng)路線的具體關(guān)系是什么？這兩個問題的答案是基本的，但對鋰-氧電池的開發(fā)至關(guān)重要。

為了解決這個理論缺陷，來自太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的一組研究員與中國天津工業(yè)大學(xué)和環(huán)境分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室EMSL一起，在科學(xué)用戶設(shè)施能源部的環(huán)境分子實(shí)驗(yàn)室采用先進(jìn)的原位成像技術(shù)--環(huán)境透射電子顯微鏡，觀察納米鋰氧電池的充放電過程。他們發(fā)現(xiàn)氧氣與碳納米管上面的鋰反應(yīng)形成亞穩(wěn)態(tài)氧化鋰。

該氧化物轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的氧化鋰，并釋放將顆粒膨脹成中空結(jié)構(gòu)的氧氣，產(chǎn)生甜圈形狀和氣球形狀。這種觀察更加普遍的表明：釋放的氧氣被容納的方式?jīng)Q定著鋰氧電池中反應(yīng)產(chǎn)物的復(fù)雜形態(tài)的形成。這項(xiàng)工作的結(jié)果不僅回答了上述的兩個問題，還提供了對鋰氧電池中離子和電子傳輸與質(zhì)量流耦合的了解。