由于存在著氧氣的二電子還原產生過氧化鋰的反應，鋰-氧電池(也稱鋰-空氣電池)的理論能量密度至少比傳統鋰離子電池高一倍，使得這類電池成為新能源領域的研究熱點。多孔碳正極的腐蝕以及有機電解質的分解等現象的存在一直阻礙著鋰-氧電池的商業化應用。本周《科學》雜志發表了加拿大研究人員的最新研究成果，報告了一種可通過高度可逆的四電子氧化還原反應產生氧化鋰的新型鋰-氧電池，可成功地解決鋰-氧電池面臨的這兩個最具挑戰性的問題。

本周發表在《科學》雜志上的這項新研究表明，新型鋰-氧電池通過四電子氧化還原反應產生氧化鋰的過程是高度可逆的，電池的庫倫效率(也叫放電效率，是指電池放電容量與同循環過程中充電容量之比)接近100%。

論文作者、加拿大固態能源材料研究所所長、滑鐵盧大學化學系研究教授她琳達·納扎爾說:"基于熱力學的研究存在局限性。盡管如此，我們的工作解決了人們長期以來一直在努力解決的根本性問題。"

鋰-氧電池理論能量密度高、重量輕，是二次電池系統的"圣杯"。但由于二次電池的化學反應和穩定性問題長期未解決，使得鋰-氧電池的研究局限在學術研究方面，未能走向商用。

其中兩個最嚴重的問題涉及電池化學的中間體超氧化鋰(LiO2)和過氧化鋰(Li2O2)，這些中間產物與多孔碳陰極反應，導致多孔碳陰極的腐蝕和分解。另外，超氧化鋰在生成過程中消耗有機電解質，大大限制了電池的循環壽命。

納扎爾和她的同事們將有機電解質轉變為一種更加穩定的無機熔鹽，將多孔碳陰極轉變為一種雙功能金屬氧化物催化劑。然后通過在150℃操作二次電池，在這一溫度上熱力學驅動力更傾向于形成氧化鋰而非過氧化鋰。而由鎳納米顆粒組成的非碳復合正極則能夠原位形成鋰鎳氧化物(LixNiO2)，可以作為促使氧氧鍵可逆斷裂-形成的高效電催化劑。這促成了一個高度可逆的鋰氧蓄電池的誕生，其庫侖效率接近100%。

通過以氧化鋰(Li2O)代替過氧化鋰儲存氧氣，二次電池不僅保持了優異的充電特性，而且實現了系統中最大的四電子(Electron)轉移，從而使理論儲能密度提高了一倍。

納扎爾教授評價稱:"通過改變電解質和電極，并提高溫度，我們可以看出該系統的性能非常好。"相比于過氧化物和超氧化物，氧化鋰是一種良性氧化劑，其與有機試劑和碳的反應活性較低。因此，尋求在電池中實現氧氣可逆還原成氧化物的反應是目前改善鋰-氧電池性能的重要途徑。