锂空气电池存在局部可逆性

正如名字所示，锂空气电池以空气中的氧气作为阴极，同时以锂作为阳极。由于以多孔碳为主的阴极很轻，且氧气可从环境中获取而不用保存在电池里，锂空气电池十分轻便，且具有更高的能量密度，可比锂离子电池多存储5倍至10倍的能量。但除去这些优势，锂空气电池仍面临着众多的市场化限制。而在一项新研究中，美国橡树岭国家实验室的研究团队解决了其中最重要的一项难题：可逆性，其对于该类电池实现重复充电和成本降低十分重要。相关研究报告发表在近期出版的《纳米技术》杂志上。

当充好电的锂空气电池投入使用时，锂离子会穿过电解质材料，在阴极与氧气发生氧化还原反应，产生电子并留在阴极，从而为电子设备供应电力。而为了给电池再充电，锂离子必须从阴极回到阳极。这实现起来十分困难，因为其中涉及了许多不利的化学过程，例如反应产物的溶解度低、反应动力缓慢，以及锂金属不易发生反应等。当化学反应叠加时，它们将形成不能溶解的产物，因而很难发生可逆反应，并最终阻塞在阴极。

在研究中，科学家利用尖端为20纳米的原子力显微镜（AFM），基于锂离子导电玻璃陶瓷电解质，利用直流电测量了显微镜在循环过程中尖端高度的变化，以分析锂微粒的增长，从而探究电池的可逆性。他们观测到了锂微粒的局部可逆性，这可由随着锂离子减少而出现的阳极峰值，以及相关微粒高度的下降证明。当最小的微粒形成时，可逆程度达到了最高水平。研究人员发现，尖端高度的增加和下降都与电流的变化相关。这意味着他们可能制造出具有活跃阳极的纳米电池，锂空气电池的可逆性还有望在未来得到进一步的提高。

科学家表示，如果锂空气电池能够实现，将主要应用于交通运输或笔记本电脑等对移动性要求很高的情境或产品中。但其仍需要更多的技术改进，如在阴极上使用更好的催化剂，以及性能出众的多功能电解质等，如若克服了这些障碍，锂空气电池也将能应用于更广泛的领域，如可被应用于微机电和纳米机电系统之中，这些系统能源需求更低，锂空气电池能运行更长时间。