组件协同工作，最大限度地减少空气中的副作用，延长电池的循环寿命。
科学家们已经发明了一种新型锂电池，它可以在空气–而不是在纯氧中–可以运行数百次充电循环。从理论上讲，锂空气电池在电池领域令人们感到兴奋，它们比普通的锂离子电池能容纳9倍以上的能量。然而，在锂盐堵塞电极之前，只能使用少量锂离子电池而不是纯氧来充电。
以锂电池为动力的电动汽车，只需一次充电，就能走得更远，因为这些电池比同等重量的锂离子电池能容纳更多的能量。然而，锂电池还没有在空气中运行一段时间。问题是，空气中的氮、二氧化碳和水蒸汽容易与电池电极上的离子发生反应，形成沉积物，从而迅速降低每个电极的充电能力。
由于氧气是锂空气电池中产生电化学反应所需的空气的唯一成分，研究人员将它供给到电池中。虽然这消除了副作用，但在未来的应用中并不可行：向汽车电池提供纯氧会产生安全问题。
美国芝加哥伊利诺伊大学(University of Illinois at Chicago)的Amin Salehi-Khojin和他的同事们为了制造一种可以在空气中运行的长寿命锂电池，设计了电池中的电极和电解液，以最大限度地减少产生问题的副作用。为了制造电池的阳极，研究人员用电化学方法将碳酸锂和碳电化学沉积到锂晶片上。该涂层允许锂离子通过，同时防止二氧化碳、氧、氮和水到达电极表面的活性锂。
研究人员通过选择在充电和放电过程中仅介于锂和氧之间的反应的材料和电解质，将阴极处的副反应降至最低。他们利用二硫化钼的纳米薄片制作了阴极，其在放电期间催化形成Li 2 O 2并伴随其分解。研究人员还在电池中注入了电解液，电解液中的锂盐溶解在二甲基亚砜和离子液体的混合物中。
在阴极上形成的Li2O2的结构会影响其收集水和二氧化碳的倾向，与锂离子反应生成氢氧化锂和碳酸锂的沉淀物，阻塞阴极上的活性中心点。当研究人员使用透射电子显微镜检查混合电解液中的阴极放电时，他们看到其表面有一层Li2O2薄膜。计算机模型表明，二氧化碳和水不会粘附在这种薄膜上，从而减少了形成阴极堵塞盐的机会。
Salehi-Khojin说：“这种设计的好处在于，我们可以在使用空气的同时享受到纯氧环境的所有好处。”“电池的成分会隔离氮、二氧化碳和水蒸气，这样它们就不会参与不必要的副作用。”
由设计的电极和电解液组装而成的锂电池在模拟空气中运行700次充电循环。用未涂覆的阳极和相同的阴极和电解液制作的电池在11次充电循环后失败。
美国卡内基梅隆大学的Venkat Viswanathan指出，对锂空气电池来说，解释循环寿命通常是困难的。确定锂离子电池循环寿命的一种常用方法是测量每个电池充电和放电时所传递的电荷。然而，对于锂空气电池，那些交付的电荷也可以来自于许多其他的反应，而不是锂和氧之间所需要的反应。Viswanathan想知道，在这个电池中，有多少寄生过程可以人为地提高电池的循环寿命，而减少这些寄生过程对于制造商业上可行的长效锂空气电池将是至关重要的。
(审核编辑: Doris)
