由同济大学领导的多机构合作研究确定了LiOH基非水锂氧电池中氧析出的关键控制因素，并表明通过催化剂、电解质和集流体的系统设计方法，可将氧回收率从近乎零提升至约75%。
这项发表在《自然·通讯》上的研究解决了制约锂空气电池技术发展的基本挑战之一。LiOH基Li-O2电池的理论能量密度为3,707 Wh/kg，是传统锂离子电池的数倍，并且对水分和CO2的耐受性本质上优于替代性的Li2O2化学体系。但在此之前，其可逆性一直很差，充电时氧回收率近乎为零。
研究发现
由同济大学刘涛领导的团队系统分析了导致LiOH基电池性能下降的寄生化学过程。他们确定了表面结合羟基自由基（OH）是主要的活性氧物种，这与Li2O2基电池中以单线态氧（1O2）为主要元凶的情况形成对比。由于OH是表面结合而非溶液相，其反应活性可通过催化剂表面工程进行调控。
羟基自由基同时攻击电解质和碳载体。利用13C标记碳，团队追踪到65%的CO2析出来自碳腐蚀，电解质分解占剩余的35%。碳腐蚀在仅3.5 V时就开始发生，完全处于充电电压范围内。
三管齐下的优化
该团队开发了三种互补策略：
第一，一种Fe-Co-Ni层状双氢氧化物（FeCoNi LDH）催化剂，能强有力地结合OH，引导其进行生产性氧析出而非副反应。Bader电荷分析表明，铁活性位点上的OH比钌上的电荷转移更高，使其反应性和攻击性更低。
第二，一种基于环丁砜的电解质，对亲电性*OH攻击具有优异的抵抗力，通过密度泛函理论的福井指数计算得到证实，性能优于传统醚类、DMSO和DMA。
第三，一种金集流体，在3.5 V以上电压时完全消除碳腐蚀途径，去除了不可逆性的主要来源。
将这些策略结合起来，氧回收率从近乎为零的基线提高到了约75%。原位X射线衍射证实放电产物为LiOH，未检测到单线态氧。
揭示的悖论
这项研究揭示了一个反直觉的见解：较高的过电位实际上可以驱动OH进行生产性氧析出而非寄生反应。仅仅降低充电电压这一典型的优化目标，如果它使OH对电解质的反应性更强，则是不够的。
该研究为未来LiOH基锂空气电池提供了合理的设计原则：抗氧化溶剂、强*OH结合催化剂和非碳质集流体。如果实现规模化，4电子氧化学最终可能使实用型开放式锂空气电池成为可能，从而消除对氧气瓶和气体净化系统的需求。
来源：
1. Tang L, Lu Z, Gao Z, Lou X, Li J, Wen Y, Chen J, Zhu Z, Luo S, Zhou L, Wei G, Chen Z, Zhao H, Li T, Peng L, Li F, Liu T. “Unravelling the key factors governing O2 evolution upon charging a reversible LiOH-based nonaqueous Li||O2 battery.” Nature Communications. 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-75284-2
婷 翻译