研究人員對(duì)鋰空氣電池的研發(fā)還處于起步階段，但是，也面臨諸多挑戰(zhàn)。其中一個(gè)就是電荷在電解質(zhì)、陽(yáng)極和陰極的轉(zhuǎn)移。
美國(guó)能源部阿貢實(shí)驗(yàn)室的電化學(xué)家Di-Jia Liu及其同事對(duì)鋰空氣電池在循環(huán)過(guò)程中的陽(yáng)極反應(yīng)做了研究。通過(guò)使用阿貢實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光子源（APS）的聚焦X射線，他們能夠?qū)φ谶\(yùn)行中的陽(yáng)極結(jié)構(gòu)進(jìn)行非破壞性觀察。他們發(fā)現(xiàn)，在陽(yáng)極形成了一層薄的固體氫氧化鋰層，整個(gè)過(guò)程一直持續(xù)直到鋰金屬完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物，電池停止運(yùn)行。
Di-Jia Liu說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題人人都很好奇，但是又不知道該從何問(wèn)起。目前，幾乎所有的鋰空氣電池研究都集中在陰極的化學(xué)反應(yīng)，并假設(shè)陽(yáng)極完全可逆。但是現(xiàn)在，事實(shí)并非如此。”
該研究小組的調(diào)研并不僅僅停留在此。由于氫氧化鋰既不是離子，也不是電子導(dǎo)電材料，因此這個(gè)氫氧化鋰層為什么從生成起就沒(méi)有影響電池運(yùn)行仍是個(gè)謎。通過(guò)使用APS的3D微斷層掃描技術(shù)，Di-Jia Liu及其同事對(duì)氫氧化物進(jìn)行“CAT掃描”，發(fā)現(xiàn)有無(wú)數(shù)個(gè)連接陽(yáng)極金屬鋰和電池其余部分的微觀隧道。
Di-Jia Liu說(shuō)：“這些微觀隧道就像是導(dǎo)電離子的通道，在陰極和陽(yáng)極之間來(lái)回運(yùn)送離子。他們支撐著鋰空氣電池的運(yùn)行，但不能阻止陽(yáng)極衰減。”
Liu認(rèn)為，生成氫氧化鋰的主要原因是電池電解質(zhì)（在兩極之間輸送鋰離子的物質(zhì)）。電解質(zhì)分解會(huì)在陰極附近生成水，隨后水會(huì)流向陽(yáng)極并與金屬里發(fā)生反應(yīng)。
但是，阿貢實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在陰極附近有氫氧化鋰生成。Di-Jia Liu補(bǔ)充道：“通過(guò)這次試驗(yàn)，我們找到了很多答案，但又生成很多新問(wèn)題。”
本次實(shí)驗(yàn)研究由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室以及阿貢挑戰(zhàn)項(xiàng)目提供支持，相關(guān)論文研究發(fā)表在8月9日的《自然通訊》。（中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)獨(dú)家編譯）
