周浩深（首席高级研究员、能源界面技术组组长、东京大学社会项目合作“先进电池材料技术”项目教授）、米乐m6官方网站（AIST）能源转换研究所（所长：宗像哲男）、所长：中八良二）与李福军（AIST 博士后研究员、社会学项目研究员）合作东京大学工学院教授、社会合作项目教授吴启超（筑波大学博士生）、李德（前AIST博士后研究员）、张涛（前AIST博士后研究员）、山田敦夫（教授兼社会合作项目教授）和南京大学何平（副教授）通过添加少量水，证明了锂空气电池空气电极过电压的大幅降低有机电解质溶液 DMSO 的催化剂。

理论上，锂空气电池预计比现有的锂离子电池具有更高的重量能量密度，因为它们使用空气中的氧气进行电化学反应。另一方面，由于锂空气电池存在多种问题，无法立即投入实际应用。主要问题之一是，由于锂和氧之间的电化学反应不能理想地进行，因此放电获得的电压与充电所需的电压之间的电压差变高，约为10V，并且能量效率恶化。

在这项基础研究中，重点是阐明空气电极充电和放电的反应机制以及降低过电压，通过使用碳、钌和二氧化锰，并向有机电解质溶液DMSO中添加少量水（约100 ppm），研究人员已证实过电压大大降低至约021 V，并且放电电压与所需电压之间的电压差大大降低充电电压仅为 032 V。

这些结果将在线发表在英国国际科学期刊上，自然通讯，2015 年 7 月 24 日 18:00（日本时间）。

开发的锂空气电池空气电极的倍率特性（左）及其在电流密度500 mA/g（= 025 mA/cm）下的充放电循环特性（200次循环）2)（右）

近来，在能源和环境问题的背景下，电动汽车得到了普及。目前，锂离子电池已安装在电动汽车上。然而，人们迫切需要开发能够实现更长时间运行的更高性能的蓄电池。锂空气电池作为后锂离子电池而备受关注，其理论重量能量密度约为目前锂离子电池的5-8倍。然而，存在诸如对空气电极处的充电和放电的反应机制知之甚少、充电时的过电压变为大于10V的高值、以及充电/放电循环特性较差等问题。

产业技术研究院周氏课题组指出，以下一代锂离子电池的实用化为目标，期望通过使用纳米结构的电极材料实现大输出功率（产业技术研究院新闻稿2008年8月27日），并研究了电动汽车用新型锂空气电池，有望大幅提高重量能量密度。2009 年 2 月 24 日 AIST 新闻稿和 2012 年 11 月 5 日）。目前，产业技术研究院周教授课题组正在研究和开发锂空气电池，以及锂硫电池和钠离子电池的研究，作为下一代蓄电池。

锂空气电池使用氧气 (O₂)在空气中进行电化学反应。在理想反应中，来自外电路的电子和锂离子（Li⁺)与扩散到空气电极的氧发生还原反应，变成过氧化锂(Li₂O₂) 在放电的情况下，在充电的情况下，Li₂O₂通过产生氧气的反应而分解，并反过来产生锂离子和氧气。然而，Li的过电压₂O₂空气电极处的产氧反应达到高于10V的值，并且用于空气电极的碳、催化剂等被腐蚀。因此，正在积极研究使用无碳空气电极进行腐蚀对策以及使用碘离子等进行过电压对策。

在这项研究中，研究人员将重点放在了水上，而水在非水锂空气电池中并未被利用。在评估空气电极过电压的测量系统中，磷酸铁锂（LiFePO₂)作为负极，添加少量水(约100ppm)的DMSO作为有机电解质溶液，碳、钌(Ru)和二氧化锰(MnO₂)用作空气电极的催化剂。在该组成的电池中，Li₂O₂在空气电极上放电与H发生反应而产生₂O，变成固态氢氧化锂（LiOH）和过氧化氢（H₂O₂)（李₂O₂+2H₂O = 2LiOH + H₂O₂）。 LiOH分解成Li⁺，O₂和H₂在低电压和H下通过氧气生成反应产生O₂O₂也分解为O₂和H₂MnO催化的氧化还原反应产生O₂。在这些反应中，H₂O 通过循环充当催化剂，不会通过中间体 LiOH 产生任何消耗。通过使用该空气电极，基于碳、Ru和MnO的重量，电流密度为250mA/g₂空气电极，充电和放电过电压分别降低至021V和011V，放电获得的电压与充电所需电压之间的电压差仅为032V。此外，在500mA/g和1000mA/g的电流密度下，充电过电压大大降低。在放电容量为1000mAh/g的充放电循环测试中，可以获得稳定的充放电循环特性（200次循环）。

研究人员将研究锂空气电池空气电极的成分和操作环境的优化，并开发替代DMSO的电解质溶液。他们将积累锂空气电池的基础研究，重点开发性能优异的锂空气电池。