与其它电池相比，锂-氧（Li-O2）电池具有非常高的理论比能量（3500Wh kg-1），这使其具有潜在的吸引力，尤其是在飞行电气化方面。

虽然在实现锂-氧电池方面已经取得了进展，但是仍然存在一些挑战。

图1：GDE的电化学性能和产物表征

其中一项挑战是在实用电流密度下正极实现高容量的电荷储存，否则锂-氧电池的性能将无法超越锂离子电池，其容量受到氧气在整个多孔碳正极中的传质限制。

基于此，2024年8月5日，牛津大学Peter G. Bruce院士&上海交通大学杲祥文在国际期刊Advanced Materials上发表题为《A High Capacity Gas Diffusion Electrode for Li–O2 Batteries》的研究论文。

图2：放电后GDE中Li2O2分布的测量

此项研究通过用具有固有氧气传输能力的聚合物代替电极中的粘合剂，可以在 300 µm 厚的电极中，1 mA cm-2 下达到高达 31 mAh cm-2 的容量。

这相当于正极能量密度为2650 Wh L-1，比能量为1716 Wh kg-1，大大超过锂离子电池和之前研究的Li-O2电池。

图3：电极组成和厚度对放电容量的影响

由于气体扩散聚合物增强了氧扩散，Li2O2（放电时 O2 还原的产物）填充了电极的更大体积分数并且分布更均匀。

文献信息：A High Capacity Gas Diffusion Electrode for Li–O2 Batteries, Advanced Materials., 2024.