基于其高能量密度的優(yōu)勢(shì)，鋰空氣電池成為可充放二次電池領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。現(xiàn)有絕大多數(shù)的鋰空氣電池的工作，仍停留在鋰氧氣電池這一初步階段。然而，如何實(shí)現(xiàn)從鋰氧氣電池到鋰空氣電池的過渡，是鋰空氣電池實(shí)用化的一大難題。其中的核心難點(diǎn)主要集中在，相比于純氧氣環(huán)境下的氧還原過程，在空氣氣氛當(dāng)中運(yùn)行的電池，會(huì)受到水分，CO2等因素的影響，使得反應(yīng)過程和產(chǎn)物變得異常復(fù)雜。尤其是在CO2存在的環(huán)境中，放電產(chǎn)物從純氧氣氛下的Li2O2過氧化產(chǎn)物變成了Li2CO3碳酸鹽。隨之而來的是充電過程中，分解Li2CO3所需的高電位會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致包括電解液和電極在內(nèi)的其他電池組份的電化學(xué)氧化分解。Li2CO3產(chǎn)物的存在，成為了阻礙鋰氧氣電池向更實(shí)用化的鋰空氣電池過渡的關(guān)鍵枷鎖，也一度被認(rèn)為是遏制鋰空氣電池發(fā)展的“阿喀琉斯之踵”。

最近，南京大學(xué)的周豪慎教授研究團(tuán)隊(duì)和日本國立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究院(AIST)，筑波大學(xué)合作，通過引入具有特殊溶劑結(jié)構(gòu)的超高濃度電解液體系，首次將Li-O2/CO2混合氣體電池的放電產(chǎn)物成功固定在了過氧化物的階段，從而有效的抑制了Li2CO3的形成。作者們通過原位光譜測(cè)試，撲捉到CO2/O2混合氣氛下的氧還原過程中過氧化中間產(chǎn)物(C2O62-)的存在證據(jù)，進(jìn)而針對(duì)性的引入特殊結(jié)構(gòu)的電解液體系，將放電產(chǎn)物成功的穩(wěn)定在過氧化物階段，從而大大降低了充電過電壓和減少了相應(yīng)副反應(yīng)的發(fā)生。該文章發(fā)表在國際能源學(xué)術(shù)期刊Energy&EnvironmentalScience上(影響因子：29.518)。

(a,c,d)在無鋰條件下，O2/CO2混合氣體環(huán)境中，過氧化二氧化碳(C2O62-)作為氧還原的產(chǎn)物，被證明存在于整個(gè)充放電循環(huán)過程中。其對(duì)應(yīng)的氧化電位為3.5Vvs.Li/Li+。(b,e,f)而在Li-O2/CO2電池體系中，過氧化的放電中間產(chǎn)物被Li2CO3所取代。同時(shí)，充電過程中，Li2CO3高分解電位(>4.2Vvs.Li/Li+)導(dǎo)致的電解液氧化分解的弊端也顯現(xiàn)出來。在證實(shí)了擁有低分解電位的過氧化產(chǎn)物在O2/CO2混合氣氛下存在的可能性，那么如何將其穩(wěn)定在這個(gè)有利的階段(不向Li2CO3方向過渡)成為了接下來的研究方向。

過氧化中間產(chǎn)物(C2O62-)能夠穩(wěn)定存在于無鋰環(huán)境中，這就給作者們帶來了啟發(fā)。在普通含鋰離子電解液中，鋰離子將很快與C2O62-中間產(chǎn)物結(jié)合，并且迅速生成穩(wěn)定的Li2CO3最終放電產(chǎn)物。那么是否可以通過改進(jìn)電解液中鋰離子溶劑化程度，從而改變?nèi)軇┗囯x子和C2O62-的相互作用模式，進(jìn)而使得后者被穩(wěn)定在過氧化物的階段?帶著這樣的設(shè)想，作者們針對(duì)性的引入了超高濃度的LiTFSI-DMSO電解液體系(LiTFSI于DMSO摩爾配比為1：3)。其中，鋰離子的高度溶劑化狀態(tài)，有希望能夠使得C2O62-穩(wěn)定的存在于電池體系當(dāng)中。

與之形成鮮明對(duì)比的是，在普通濃度電解液體系下的放電產(chǎn)物，仍然為沉積在電極表面的Li2CO3。C2O62-的分解電位保持在較低的安全電壓范圍內(nèi)(～3.5Vvs.Li/Li+)，并且在充放電過程中，作為活性物質(zhì)的O2和CO2呈現(xiàn)可逆的成比例的變化趨勢(shì)。而在通常以Li2CO3為產(chǎn)物的Li-O2/CO2體系中，高充電電位下的副反應(yīng)和氣體的不可逆舉動(dòng)，也通過原位譜學(xué)呈現(xiàn)出來。

無論是在不同倍率(a)、電壓截至(b)、容量截至(c-d)的電化學(xué)性能表征中，這樣新型的電池體系展現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。尤其是在容量截至的恒流充放電循環(huán)中，該體系表現(xiàn)出良好的循環(huán)壽命(100圈，400mA/g電流密度)。相對(duì)應(yīng)的原位拉曼表征(e)，充分的證明了這一基于過氧化放電產(chǎn)物的Li-O2/CO2電池體系能夠保持良好的可逆性。

總而言之，相比于現(xiàn)階段的循環(huán)性能，該工作的最關(guān)鍵的亮點(diǎn)集中于穩(wěn)定的過氧化產(chǎn)物在Li-O2/CO2混合氣氛下的工作機(jī)理的揭示。從鋰氧氣電池到更加實(shí)用化的鋰空氣電池的發(fā)展之路任重而道遠(yuǎn)。周豪慎教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，在深入研究了水分對(duì)于鋰氧氣電池的影響(Y.QiaoandH.S.Zhouetal.Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,4960-4964.)和純CO2體系下的Li-CO2電池機(jī)理(Y.QiaoandH.S.Zhouetal.Joule2017,1,359-370.)之后，將工作拓展性的延續(xù)到了更進(jìn)一步的Li-O2/CO2電池體系當(dāng)中。該工作，作為該課題組以上工作的延續(xù)和發(fā)展，為鋰氧氣電池向鋰空氣電池的進(jìn)化提供了嶄新的設(shè)計(jì)和優(yōu)化思路。