與鋰離子電池相比，新設(shè)計(jì)的鋰空氣電池可以提供更長(zhǎng)的行駛里程。鋰空氣電池由鋰金屬陽極、空氣基陰極和固體陶瓷聚合物電解質(zhì)(CPE)組成。在放電和充電時(shí)，鋰離子(Li)從陽極到陰極，然后返回。許多電動(dòng)汽車的車主都希望有一種電池組，可以為他們的汽車充電一次，行駛1000英里(1600公里)以上。某實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)了一種鋰空氣電池，可以讓這個(gè)夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。該團(tuán)隊(duì)新電池設(shè)計(jì)有朝一日也可以為國(guó)內(nèi)飛機(jī)提供動(dòng)力。

這種鋰空氣電池的主要新成分是固體電解質(zhì)，而不是通常的液體電解質(zhì)。含有固體電解質(zhì)的電池不存在目前鋰離子電池和其他類型電池中使用的液體電解質(zhì)的安全問題，這些電池可能會(huì)過熱和著火。更重要的是，該團(tuán)隊(duì)與固體電解質(zhì)的電池化學(xué)反應(yīng)可以將能量密度提高到鋰離子電池的四倍，這意味著更長(zhǎng)的行駛里程。

在過去的鋰-空氣電池設(shè)計(jì)中，鋰金屬陽極中的鋰在放電過程中通過液體電解質(zhì)與氧氣結(jié)合，在陰極產(chǎn)生過氧化鋰(Li2O2)或超氧化物(LiO2)。在充電過程中，過氧化鋰或超氧化物會(huì)被分解成鋰和氧成分。這個(gè)化學(xué)序列根據(jù)需要儲(chǔ)存和釋放能量。

某團(tuán)隊(duì)的新型固體電解質(zhì)由一種陶瓷聚合物材料組成，這種材料由相對(duì)便宜的納米顆粒形式的元素制成。這種新型固體能夠在放電時(shí)產(chǎn)生氧化鋰(Li2O)的化學(xué)反應(yīng)。

超氧化鋰或過氧化物的化學(xué)反應(yīng)只涉及每個(gè)氧分子存儲(chǔ)一到兩個(gè)電子，而氧化鋰則涉及四個(gè)電子。儲(chǔ)存的電子越多，能量密度就越高。該團(tuán)隊(duì)的電池設(shè)計(jì)是第一個(gè)在室溫下實(shí)現(xiàn)四電子反應(yīng)的鋰-空氣電池。它還通過周圍環(huán)境的空氣提供氧氣來工作。通過空氣運(yùn)行的能力避免了需要氧氣罐運(yùn)行，這是早期設(shè)計(jì)的一個(gè)題。

該團(tuán)隊(duì)采用了許多不同的技術(shù)來確定一個(gè)四電子反應(yīng)實(shí)際上正在發(fā)生。其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是陰極表面放電產(chǎn)物的透射電子顯微鏡(TEM)，該技術(shù)是在美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的阿貢納米材料中心進(jìn)行的。透射電鏡圖像為四電子放電機(jī)制提供了有價(jià)值的見解。

過去的鋰-空氣測(cè)試電池的循環(huán)壽命非常短。該團(tuán)隊(duì)通過建造并運(yùn)行1000次循環(huán)的測(cè)試電池，證明了其在重復(fù)充放電下的穩(wěn)定性，從而確定了他們的新電池設(shè)計(jì)不存在這一缺點(diǎn)。