锂空气电池的研究状况
图片由John Emsley提供
锂空气电池，也称为锂-O2，有望使用质轻的方法改变本世纪的能源存储方式。他们有很大的潜力，比目前为手机和平板电脑供电的锂离子电池的能量高五倍。它甚至可能成为可充电电池，高达1000瓦时/公斤，所需要的仅是氧气。这种电池可以用于燃料电动汽车和储存太阳能板和风力涡轮机产生的电能。
锂-O2电池由锂金属阳极和阴极组成，当使用时，阳极的原子为电路提供电子。然后残余的锂离子迁移穿过电解质的阴极，从电路中输入的电子附着于大气的氧（O2）上，形成过氧化物离子，O22─。整体的化学过程是：2Li + O2→Li2O2。
充电时发生逆反应，金属锂原子和O2再生，氧气被保留在一个封闭的系统，或由一个开放的系统重新供给。虽然该化学过程看起来很简单，但这种电池在市场化前克服了许多障碍。
锂-O2研究的前沿的化学家是加拿大安大略滑铁卢大学的Linda Nazar。她在今年六月被任命为汤姆森路透社高引用研究员，并熟知与锂-空气电池有关的问题。
她告诉ScienceWatch，“我们正在研究锂-空气化学过程，包括开发更好和更稳定的电解质。它与氧还原的活性基质材料相结合，能够抵抗影响性能的有害副反应。我们的目标是理解控制氧还原的机理，以确定哪些电池化学过程对充电和放电的副反应影响更大，以及如何克服它们。”
锂-空气电池的一个明显问题是锂本身。它是一个活泼的金属，它需要与电解质接触但不能与之反应，同时必须与所形成的过氧化物粒子进行反应。
阴极也有它的问题。它必须使空气中的氧气容易扩散，因此它是多孔的，但不允许H2O和CO2进去，因为它们与锂反应形成氢氧化锂（LiOH）和碳酸锂（Li2CO3），这两者在锂充电时都不会再生。因此需要区分氧的聚合物膜以防止这些空气的气体进入，而这种膜是易得的。
碳被视为合适的阴极，已被用于大多数电池。目前公认碳与锂过氧化物反应，阻碍了阴极材料的充电，而所形成的与过氧化氢接触的被动层是必要的。
尽管存在这些障碍，仍有很多锂-O2电池的研究。下表是Web of Science发表的相关文章。列表给出了2012-2014高引用的文章，所有的都超过70。
高引用的锂-O2论文，2012-2014
| # |
Paper |
Citations |
| 1 |
P.G. Bruce, et al., “Li-O2 and Li-S batteries with high energy storage,” Nature Materials., 11 (1):19-29, 2012. [U. St. Andrews, Scotland] |
717 |
| 2 |
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256 |
| 3 |
N-S. Choi, et al., “Challenge facing lithium batteries and electrical double-layer capacitors,” Angew. Chemie Int. Ed.., 51 (40), 9994-1--24, 2012. [Ulsan National Institute of Science & Technology, Ulsan, Korea] |
243 |
| 4 |
H.-G. Jung, et al., “An improved high-performance lithium-air battery,” Nature Chemistry, 4 (7), 579-85, 2012. [Hanyang U., Seoul, Korea] |
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| 5 |
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| 6 |
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| 8 |
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89 |
| 9 |
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89 |
| 10 |
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87 |
| 11 |
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84 |
| 12 |
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82 |
| 来源: Thomson Reuters Web of Science |
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