锂空气电池具有比锂离子电池更高的理论能量密度（3582 Wh kg⁻¹），被认为是锂离子电池的潜在替代品之一。然而，迄今为止，这样的系统主要限于纯氧环境，并且由于涉及阴极、阳极和电解质的副反应而具有有限的循环寿命。另外，由于需要储存氧气，锂空气电池的体积能量密度难以满足实际需要。 

　　有鉴于此，美国伊利诺大学芝加哥分校的Amin Salehi-Khojin和美国阿贡国家实验室的Larry A. Curtiss带领的联合研究团队，通过合适的正极、电解液以及保护性负极，发展了一种可在模拟空气环境中稳定工作的长寿命锂空气电池。相关成果以“A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere”为题于3月22日发表在《自然》期刊上（Nature, 2018, 555, 502–506, DOI: 10.1038/nature25984）。 

　　图1. Mohammad Asadi等人研发的新型锂空气电池的保护性负极，图来源：Nature 

　　在电池的配置上，研究人员以MoS₂作为正极，碳酸锂（Li₂CO₃）类材料作为保护性负极，电解液则选择离子液体/二甲基亚砜。各种材料协同作用，确保这种锂空气电池在模拟的空气环境中（O₂、N₂、CO₂、H₂O）可以稳定循环700圈（500 mAh g⁻¹）。

　　图2. 锂空气电池系统中正极性能表征，图来源：Nature 

　　为了抑制锂空气电池在模拟空气中的副反应，研究人员主要采取了以下2种策略： 

　　1）采用Li₂CO₃/C涂层保护Li负极，该涂层仅允许Li⁺通过，从而保护负极不和空气中其他物种发生反应。同时，从热力学角度考虑，Li₂CO₃并不会和水反应形成碳酸氢盐。 

　　2）采用MoS₂纳米片作为正极材料，并采用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIM-BF₄）和二甲基亚砜（DMSO）的混合溶剂作为电解质。 

　　图3. 锂空气电池的正极，负极和电解质的理论计算研究 

　　    同时，DFT（密度泛函理论）计算也表明，这种结构的电池配置，有效地防止了空气中各种副反应的发生。 

        （摘编自纳米人公众号）