Li-O2電池之所以有如此該的比能量主要是得益於其正極材料O2在空氣中的儲量幾乎是“無限”的，因此正極的比容量也就是“無限”的，所以Li-O2電池容量的唯一的限製因素就是負極Li的數量。Li-O2電池的性能受到很多因素的影響，包括正極的反應機理、反應產物的形貌等因素都會對鋰空氣電池的放電特性產生較大的影響
，而這些因素都主要依賴於電解液的選擇。

 

 

來自美國西北太平洋國家實驗室的Langli Luo等人近日利用環境透射電子顯微鏡對全固態Li-O2電池的反應機理進行了研究
，研究顯示在CNT表麵首先形成LiO2化合物，隨後該產物發生歧化反應生成Li2O2和O2，O2的釋放生成了一個外層由Li2O構成
，內層由Li2O2構成的中空球狀結構。目前該型研究成果已經發表在了最新的Natural Nanotechnology雜誌上。

 

 

環境透射電子顯微鏡能夠在氧氣環境下進行工作，從而使得在原子級別對鋰氧電池的反應過程進行直接的觀測成為可能。實驗中Langli Luo利用載有納米RuO2催化劑的CNT作為正極，金屬Li作為負極
，金屬Li表層的Li2O作為固體電解質，電池結構如下圖所示。

 

 

反fan應ying產chan物wu的de形xing成cheng過guo程cheng如ru下xia圖tu所suo示shi，從cong圖tu上shang我wo們men可ke以yi注zhu意yi到dao，在zai反fan應ying開kai始shi不bu久jiu後hou
，就jiu在zai三san相xiang界jie麵mian出chu現xian了le一yi個ge中zhong空kong的de球qiu，隨sui後hou這zhe個ge球qiu持chi續xu長chang大da，從cong一yi開kai始shi直zhi徑jing50nm到最後生長到了200nm，隨sui後hou該gai中zhong空kong球qiu結jie構gou開kai始shi收shou縮suo和he坍tan塌ta。目mu前qian還hai不bu清qing楚chu，為wei何he反fan應ying產chan物wu不bu形xing成cheng固gu體ti顆ke粒li或huo者zhe是shi層ceng狀zhuang結jie構gou。為wei了le對dui這zhe其qi中zhong的de機ji理li進jin行xing深shen入ru的de理li解jie，Langli Luo采用了局部電子衍射技術(SAED)對充放電過程中材料的相變進行了研究。

 

 

研究顯示，初始反應產物LiO2很快會發生歧化反應生成Li2O2和O2，在顆粒內部釋放的O2被封鎖在了顆粒的內部

，從而導致了顆粒成為中空結構，如下圖所示。從SAED的分析結果來看，在開始的幾秒鍾時間內
，反應產物中隻有LiO2
，30秒之後
，Li2O2和LiO2開始共存
，大約100s後LiO2的衍射峰消失
，反應產物隻剩下Li2O2和Li2O
，TEM分析結果顯示中空球的外側為Li2O，內側為Li2O2。充電過程則正好相反
，開始的時候觀察到了Li2O和Li2O2的衍射峰，在48s時出現了LiO2的衍射峰，但是在120s時並沒有再出現LiO2的衍射峰，說明LiO2隻是Li2O2分解的一個中間產物。整個過程為我們揭示了Li-O2電池的充放電反應途徑

，在放電的時候，Li+通過電解液擴散到CNT表麵，在三相界麵發生反應
，生成LiO2，然後LiO2發生歧化反應(LiO2?Li2O2+O2)，生成Li2O2和O2
，反應釋放的O2會將反應產物從最初的10nm左右
，吹到100nm左右
，而在產物的表麵由於有豐富的Li+，因此會與O2反應生成Li2O。在充電的過程中，Li2O2首先會失去一個Li+和一個電子
，形成LiO2，隨後LiO2發生分解，產生Li2O2和O2
，然後Li2O2再次失去Li+和電子，如此循環指導所有的Li2O2消耗完畢。

 

 

Langli Luo的工作為我們理解Li-O2電池的反應過程和機理作出重要的貢獻，對Li-O2電池的電極設計具有重要的參考意義。