研究人员成功展示了如何克服阻碍所谓“终极”电池实际发展的问题。
　　科学家已经开发出了一款具有非常高能量密度、效率高于90%、且到目前可循环充电2000次以上的锂-氧电池实验室样本，表明了阻碍这种器件的发展的各种问题有望得以解决。
　　锂-氧电池，或者称为锂-空气电池，因其理论能量密度为锂离子电池的10倍以上，被称作是“终极”电池。如此高的能量密度可与汽油相媲美——装配有这种电池的电动汽车单次充电从伦敦行驶到爱丁堡的成本只有市面上电动汽车的1/5，且其重量也只有1/5。
　　然而，与其他新一代电池一样，在锂-空气电池取代汽油之前仍有几个实际问题需要解决。
　　现在，剑桥大学（University of Cambridge）研究人员证明了其中的一些障碍是可以克服的，并开发出了一款相比于先前电池而言具有更高容量、更高能量密度及更高稳定性的锂-氧电池实验室样本。
　　这个样本依赖于由石墨烯制得的高度多孔的蓬松碳电极，以及用于改变电池当中起作用的化学反应的添加剂，使其更加稳定、更加高效。相关研究结果发表于《科学》（Science）期刊上，虽然被认为是很有希望的，但研究人员慎重表示仍然需要至少10年时间才可能获得实用的锂-空气电池。
　　“对于这项技术，我们已经取得了显着的进步，并提出了全新的研究领域——我们并未解决化学当中所有的固有问题，但是我们的研究表明了实际器件的发展路线。”该论文通讯作者、剑桥大学化学系教授Clare Grey如是说。
　　我们日常使用的许多技术都在逐渐变小、变快、变得更加便宜——电池是个明显的例外。除了能够维持数天而无需充电的智能手机以外，制备更好电池的挑战还阻碍了两项主要清洁技术的广泛应用：电动汽车和太阳能发电的并网。
　　该论文第一作者、化学系Tao Liu博士说：“最简单的电池由三部分构成：正极、负极、电解液。”
　　对于目前笔记本电脑及智能手机当中采用的锂离子电池而言，负极是石墨（碳的一种形式），正极为金属氧化物，比如氧化锂钴，电解液为溶解有锂盐的有机溶剂。电池的作用取决于锂离子在两电极间的运动。虽然锂离子电池很轻，但其容量会随时间衰减，另外，能量密度相对较低，这也意味着需要经常充电。
　　过去的十多年间，研究人员开发出了各种锂离子电池的替代品，锂-空气电池被认为是新一代储能的终极品，因为其能量密度极高。然而，先前展示的样本效率低、性能差、会发生不必要的化学反应、且只能在纯氧当中进行循环。
　　Liu、Grey等人在非水基锂-空气电池上采用了与之前的尝试非常不同的化学剂，采用氢氧化锂（LiOH）取代过氧化锂（Li2O2）。随着水的加入以及过氧化锂作为“媒介”，这种电池显示出了少得多的导致电池失效的化学反应，从而使其在多次充放电循环后表现出更好的稳定性。
　　通过精确构造电池结构，将其改变成高度多孔的石墨烯，添加过氧化锂，并改变电解液成分，研究人员能够将充放电间的电压差减少至0.2 V。电压差越小意味着电池效率越高——之前的各种锂-空气电池的电压差只能降到0.5~1.0 V，而0.2V更接近于锂离子电池，相当于有93%的能量效率。
　　高度多孔的石墨烯电极还大大提高了样本的容量，虽然这只在一定充放电比率下获得的。其他仍有待解决的问题包括有：寻找一种方法来保护金属电极，防止形成细长的锂金属纤维，也就是所谓的树突，一旦长得过多甚至使电池短路可能会引起爆炸。
　　此外，该样本只能在纯氧下进行循环，而周围的空气当中还含有二氧化碳、氮气和水分，这些都会对金属电极有害。
　　Liu说：“还有很多工作要做。但我们在此处看到的这些说明有很多方法可以解决这些问题——也许我们只需要进行一点点不同的尝试。”
　　Grey说：“尽管仍有大量的基础性研究有待完成，为了解决部分力学细节，目前的研究结果非常令人兴奋——虽然还处于发展阶段，但我们仍然非常兴奋，但我们已经表明了有很多解决方案可以用于解决该技术相关的一些棘手问题。”