Lithium-zuurstofsystemen zouden ooit beter kunnen presteren dan de huidige lithium-ionbatterijen vanwege hun potentieel voor een hoge energiedichtheid. Echter, een aantal belangrijke zaken, zoals hun slechte elektrochemische stabiliteit moeten worden aangepakt voordat deze systemen met succes kunnen concurreren met de huidige oplaadbare batterijen. Vandaag, in ACS Centrale Wetenschap , onderzoekers rapporteren een nieuw type kathode, waardoor lithium-zuurstofbatterijen een praktische optie zouden kunnen worden.

Xin-Bo Zhang en collega's merken op dat de meeste problemen die verband houden met lithium-zuurstofbatterijsystemen voortkomen uit twee sterk gereduceerde zuurstofsoorten die gemakkelijk reageren met de elektrolyt en de kathode. Koolstof is een veel voorkomende sterk presterende kathode, maar het is onstabiel in deze systemen. Dus, het team veronderstelde dat de sleutel tot het ontsluiten van het potentieel van lithium-zuurstofbatterijen zou kunnen zijn om kathoden te maken die niet reageren op de gereduceerde zuurstofsoorten, maar die nog steeds dezelfde zeer geleidende, laag gewicht, poreuze eigenschappen van koolstofkathoden. De onderzoekers slaagden erin een ultralichte volledig metalen kathode te maken.

Het ontwerp omvatte drie vormen van nikkel, waaronder een nanoporeus nikkelinterieur en een oppervlak van een goud-nikkellegering dat rechtstreeks op nikkelschuim is bevestigd. In vergelijking met koolstofkathoden, het systeem heeft een veel hogere capaciteit en is stabiel voor 286 cycli, die tot de beste behoort voor lithium-zuurstofsystemen, en is bijna concurrerend met de huidige commerciële lithium-ionsystemen. Verdere experimenten toonden aan dat de stabiliteit en prestaties voortkomen uit zowel het gebruikte metaal als de nanoporeuze structuur, en dat beide aspecten kunnen worden geoptimaliseerd om de prestaties verder te verbeteren.