Pin lithium-không khí là loại pin sử dụng lithium làm điện cực âm và oxy trong không khí làm chất phản ứng điện cực dương. Pin li-air có mật độ năng lượng cao hơn pin lithium-ion vì cực âm (chủ yếu là carbon xốp) nhẹ và oxy được lấy từ môi trường mà không được lưu trữ trong pin.
Quá trình phóng điện: Lithium trong điện cực âm giải phóng các electron và trở thành cation lithium (Li+). Li+ đi qua vật liệu điện phân và kết hợp với oxy và các electron chảy từ mạch ngoài để tạo thành liti oxit (Li2O) hoặc liti peroxide (Li2O2). Và ở trên điện cực dương. Điện áp mạch hở của pin lithium-không khí là 2,91 V
Về lý thuyết, vì oxy không bị giới hạn dưới dạng chất phản ứng điện cực dương nên công suất của pin chỉ phụ thuộc vào điện cực lithium và năng lượng riêng của nó là 5,21kWh/kg (bao gồm cả khối lượng oxy) hoặc 11,4kWh/kg (không kể cả oxi). So với các loại pin không khí kim loại khác, pin lithium-không khí có năng lượng riêng cao hơn (xem bảng bên dưới), vì vậy nó rất hấp dẫn.
Theo các phương tiện truyền thông nước ngoài đưa tin, cách đây vài ngày, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, Hoa Kỳ đã thông báo rằng đã đạt được một bước đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ pin lithium oxit. Các nhà khoa học từ Hoa Kỳ và Hàn Quốc đã cùng nhau trình diễn sự phát triển dựa trên pin Lithium-không khí lithium superoxide (LiO2).
Theo một báo cáo đăng trên tạp chí "Nature", sự ra đời của pin lithium-không khí sẽ tạo tiền lệ cho pin mật độ năng lượng cao được phát triển dựa trên lithium superoxide, đồng thời mang đến khả năng sử dụng các hợp chất khác như vật liệu lưu trữ oxy .
Trong quá trình phản ứng hóa học, pin lithium-không khí có thể tạo thành lithium peroxide (Li2O2). Liti peroxide là chất kết tủa rắn được sử dụng để chặn các lỗ điện cực và làm giảm hiệu suất của pin. Nó cũng là một phần không thể thiếu của quá trình phản ứng phóng điện. .
Trước đây, những người trong ngành đã chỉ ra rằng công nghệ pin lithium-không khí vẫn cần phải vượt qua nhiều khó khăn và sẽ mất ít nhất 10 năm để đưa nó vào sử dụng thương mại. Tuy nhiên, một số lượng lớn kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng cả lithium superoxide và lithium peroxide được hình thành bởi pin lithium-không khí đều có thể được sử dụng làm thành phần quan trọng của các sản phẩm phóng điện.
Không giống như lithium peroxide, superoxide có thể dễ dàng phân hủy thành các ion lithium và ion oxy, do đó cải thiện hiệu quả công việc và kéo dài tuổi thọ của pin. Ngoài ra, kết quả tính toán lý thuyết cho thấy một số dạng lithium superoxide có tuổi thọ cao hơn.
Trong quá trình thí nghiệm, các nguyên tử iridi chứa trong các điện cực được các nhà nghiên cứu sử dụng đã được tách ra, do đó lượng lithium superoxide tiếp tục tăng lên.
Các nhà khoa học Larry Curtiss và Khalil Amine của Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne giải thích rằng pin được phát triển dựa trên lithium superoxide ít nhất về mặt lý thuyết có thể được chế tạo thành pin lithium-không khí bao gồm một hệ thống khép kín. Các hệ thống mở thường cần liên tục lấy oxy từ môi trường bên ngoài, trong khi các hệ thống kín thì không. Loại thứ hai cũng có thể làm cho pin an toàn hơn và hiệu quả hơn.
Cuối năm ngoái, Giáo sư Clare Grey và nhóm của bà tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh cũng đã vượt qua những khó khăn trong quá trình phát triển công nghệ pin lithium-không khí. Nhóm nghiên cứu kết luận rằng về lý thuyết, mật độ năng lượng của pin lithium-không khí có thể đạt gấp 10 lần so với pin lithium-ion có thể sạc lại hiện tại trên thị trường, hiệu suất pin cao tới 90% và số lần sạc có thể đạt tới 2.000 lần .