Литий-воздушные батареи, в которых металлический литий электрода реагирует с кислородом воздуха, способны хранить в пять раз больше энергии, чем сегодняшние литий-ионные устройства. Их главным недостатком является образование в процессе работы перекиси лития. Это нерастворимое соединение постепенно засоряет электрод батареи.

Инженеры Аргоннской Национальной Лаборатории в Лемонте (штат Иллинойс) создали прототип литий-воздушной батареи, который, как они утверждают, производит при разрядке только супероксид лития (LiO₂). В отличии от проблемной перекиси, супероксид легко разлагается повторно на кислород и литий, благодаря чему батарея может сохранять свою высокую эффективность в течение длительного срока эксплуатации.

Авторы данной разработки утверждают, что их прототип позволяет батарее использовать один электрон на атом кислорода вместо двух и получать супероксид. Методы анализа, которыми они располагали, были недостаточно точны, и чтобы экспериментально обосновать эту гипотезу, в Чикагском университете (UIC) был создан масс-спектрометр новой конструкции. Он требует для функционирования сверхвысокого вакуума и способен регистрировать мельчайшие вариации содержания кислорода.

С помощью нового оборудования, сотрудники UIC смогли продемонстрировать, что, действительно, прототип работает с образованием на поверхности графенового катода (с наночастицами иридия) термодинамически стабильного кристаллического супероксида, и на один атом кислорода приходится только один электрон. Кроме того, они показали, что в ходе электрохимической реакции не создаётся никаких побочных соединений лития.

Результаты, полученные в сотрудничестве с представителями университетов штатов Кентукки и Юта и корейского Университета Ханьянг, 11 января опубликованы в журнале Nature.