Li–O₂电池可以提供比锂离子电池更大的能量，但由于质子惰性电解质的不稳定性，其效率和循环寿命较差。

近日，麻省理工学院邵阳教授，Graham Leverick发现，硝酸盐通过电化学还原为亚硝酸盐，随后亚硝酸盐被分子O₂化学氧化为硝酸盐，促进了四电子氧还原形成具有LiNO₃/KNO₃的Li–O₂电池的Li₂O。

文章要点

1）同位素标记实验表明，熔盐Li-O₂电池充电过程中析出的O₂中的氧原子来自硝酸盐电解液，而不是分子氧。用¹⁶O基LiNO₃/KNO₃在³⁶O₂ (¹⁸O¹⁸O)中放电后氧电极的拉曼光谱测量揭示Li₂O不含¹⁸O，但LiNO₃/KNO₃含有¹⁸O。差分电化学质谱法（DEMS ）显示，在这种以³⁶O₂ (¹⁸O¹⁸O)放电的电极充电时仅检测到³²O₂。这种Li–O₂电池的放电电压对氧电极的表面化学很敏感。

2）四电子氧还原成Li₂O ( 4 Li⁺ + 4 e^- + O₂ => 2Li₂O)的表观动力学可能受到硝酸盐还原成亚硝酸盐（2LiNO₃+4e^-+4 Li⁺ = > 2Li₂O）的电化学还原缓慢的限制，这是由于弱的NO₃^-吸附或NO₂^-的解吸，这可能受到NO₂^-的强表面结合强度和NO₂^-被O₂表面氧化的弱动力学的阻碍。

3）研究发现具有类NiO表面的氧电极对于电化学NO₃^-还原成NO₂^-和O2对NO₂^-的表面氧化具有快速动力学，这是在O₂和Ar中用LiNO₃/KNO₃放电观察到高电压和高倍率容量的原因。

参考文献

Zhu et al., Nitrate-mediated four-electron oxygen reduction on metal oxides for lithium-oxygen batteries, Joule (2022)

DOI：10.1016/j.joule.2022.06.032

https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.032