對于鋰氧電池系統(tǒng)，研究人員公認電池的充放電反應產生類似甜圈和氣球狀的奇特反應產物形狀。然而，這個形狀的如何形成仍然是一個謎。在氧氣氣氛中，原子尺度下的納米鋰-氧電池的新研究為解決這個謎題提供了新線索。

鋰-氧反應途徑的發(fā)現為鋰-氧系統(tǒng)中電化學過程的定量建模奠定了基礎，為更好地設計具有高容量、更長周期壽命的鋰氧電池提供了視角。

鋰-氧電池系統(tǒng)在電動工業(yè)中是啟用技術。然而，鋰-氧電池的研究和開發(fā)受到了兩個懸而未決的問題的嚴重阻礙。第一，電池的充放電過程中電化學反應的具體路線是什么？第二，反應產物的形狀和反應路線的具體關系是什么？這兩個問題的答案是基本的，但對鋰-氧電池的開發(fā)至關重要。

為了解決這個理論缺陷，來自太平洋西北國家實驗室的一組研究員與中國天津工業(yè)大學和環(huán)境分子科學實驗室EMSL一起，在科學用戶設施能源部的環(huán)境分子實驗室采用先進的原位成像技術--環(huán)境透射電子顯微鏡，觀察納米鋰氧電池的充放電過程。他們發(fā)現氧氣與碳納米管上面的鋰反應形成亞穩(wěn)態(tài)氧化鋰。

該氧化物轉變成更穩(wěn)定的氧化鋰，并釋放將顆粒膨脹成中空結構的氧氣，產生甜圈形狀和氣球形狀。這種觀察更加普遍的表明：釋放的氧氣被容納的方式決定著鋰氧電池中反應產物的復雜形態(tài)的形成。這項工作的結果不僅回答了上述的兩個問題，還提供了對鋰氧電池中離子和電子傳輸與質量流耦合的了解。