鋰-氧電池或鋰空氣電池能量密度是鋰離子電子的10倍，被業界譽為“最終電池”。理論上這樣的能量密度可使電動汽車續航能力接近傳統汽油汽車，電動汽車只充一次電就能從倫敦駛到愛丁堡，而且鋰空氣電池的成本和重量只有現在市面上銷售的電動汽車所使用的鋰離子電池的1/5。

然而，和其他新一代電池相同，研發人員還要攻克鋰空氣電池開發過程中的諸多技術難關。

劍橋大學研究人員證明鋰空氣電池某些技術難關是可以攻克的，在此之前，研究人員就曾做過多次實驗嘗試，而此次開發的鋰-氧電池實驗室演示樣本具有更高容量、更高能量密度及更高穩定性。

此次試驗品樣本重要使用由石墨烯制成的高度多孔“蓬松”碳電極，以及會改變電池內部化學反應的添加劑，性能更加穩定、更加高效。相關研究結果發表于《科學》（Science）期刊上。雖然此項技術頗有前景，但研究人員慎重表示鋰-空氣電池投入實際應用仍然要至少10年時間。

劍橋大學化學系教授ClareGrey表示：“此項技術已經取得了重大進步，并引發出了全新的研究領域--雖然我們并未解決化學當中所有的固有問題，但是我們的研究為最終開發出商用產品奠定了前進的道路。”

我們日常所使用的許多技術都趨于更小化、更快速、更低價--而電池明顯例外。除了智能手機能夠維持數天而無需充電以外，電池技術還阻礙了兩項重要清潔技術的廣泛應用：電動汽車和太陽能發電并網存儲。

電池最基本的構造由三部分構成：正極、負極、電解液。

筆記本電腦及智能手機所采用的鋰離子電池，負極由石墨（碳的一種形式）構成，正極為金屬氧化物，比如氧化鋰鈷，電解液為溶解鋰鹽的有機溶劑。電池工作原理就在于鋰離子在兩電極間的運動。雖然鋰離子電池很輕，但容量會隨時間衰減，而且能量密度相對較低，要經常充電。

在過去十年，研究人員一直致力于開發各種鋰離子電池的替代品，而鋰-空氣電池因其能量密度極高，因此被認為是新一代儲能技術的最終品。然而，先前嘗試的各種電池樣本效率低、性能差、會出現意料之外的化學反應、且只能在純氧當中進行循環。

Liu、Grey研發團隊在非水基鋰-空氣電池上采用了與之前試驗中非常不同的化學劑，使用氫氧化鋰（LiOH）取代過氧化鋰（Li2O2）。在加入水和“介質”碘化鋰（lithiumiodide）之后，沒有再出現那么多會導致電池失效的化學反應，使其在多次充放電循環后性能更穩定。

通過精確構造電極結構，將其改變成高度多孔的石墨烯，添加碘化鋰，并改變電解液的化學成分，研究人員能夠將充放電間的電壓差減少至0.2V。電壓差越小意味著電池效率越高--之前研究人員只能將鋰-空氣電池的電壓差降到0.5~1.0V，而0.2V的電壓差更接近于鋰離子電池，相當于能量效率可高達93%。

此外，該樣本只能在純氧下循環，空氣當中含有二氧化碳、氮氣和水分等都對金屬電極有害。

Grey表示：“雖然我們仍有大量的基礎性研究工作，即便目前的研究結果還處于發展階段，但我們仍然非常興奮，此次技術突破告訴我們，這些棘手問題仍然會有很多的解決方法。”