As baterias de lítio-ar produzem energia do ar, e são freqüentemente chamadas de baterias de lítio-oxigênio. Eles são muito mais leves do que as baterias de íon de lítio devido à maior densidade de energia. As baterias de lítio-ar têm aplicações que incluem o aumento da autonomia de carros elétricos com uma única carga. Contudo, apesar de suas vantagens, a produção industrial de baterias de lítio-ar é inibida por problemas fundamentais que não podem ser superados no momento.

Artem Sergeev, um Ph.D. estudante do Departamento de Física de Polímeros e Cristais da Lomonosov Moscow State University e um dos co-autores diz:"Uma bateria de lítio-ar pode ter potencialmente três a cinco vezes mais energia específica do que as modernas baterias de íon-lítio. Um dos principais problemas no desenvolvimento da bateria de lítio-ar é a passivação do eletrodo, que é a transição da superfície do material do eletrodo para um estado inativo. Obtivemos novos dados sobre o mecanismo de reação e sugerimos algumas idéias sobre como inibir a passivação do eletrodo. A técnica poderia ser usada para solventes mais apropriados, eletrólitos e materiais de eletrodo. "

A atmosfera é uma mistura de gases, mas o oxigênio puro é necessário para o funcionamento das baterias de lítio-ar. O dióxido de carbono e a umidade nos gases atmosféricos reduzem a velocidade de redox das reações subjacentes à operação da bateria. Algumas estimativas sugerem que a superação desses obstáculos levará de cinco a dez anos. Os cientistas da Lomonosov Moscow State University estão estudando os processos que impedem o funcionamento robusto das baterias de lítio-ar.

Alexei Khokhlov, um dos autores, diz, "Geralmente, no caso de sucesso de elaboração, a bateria deve ser de lítio-ar, implicando o uso de ar ambiental. Membranas especiais podem separar os componentes atmosféricos indesejáveis, incluindo umidade e dióxido de carbono. Mas atualmente, também existem problemas mais fundamentais, e para resolvê-los, usamos células de lítio-oxigênio e fornecemos oxigênio puro de botijões de gás. "

O cátodo (um eletrodo positivo) em uma bateria de lítio-ar é representado por uma esponja de carbono porosa contendo a solução eletrolítica com íons de lítio. O cátodo tem contato com o ambiente de gás externo, que é necessário para fornecer o fornecimento de oxigênio ao eletrólito, que é um condutor de íon líquido. Os cientistas simularam a interface entre o eletrodo e a solução eletrolítica no cátodo de uma bateria de lítio-ar e ofereceram uma abordagem para inibir a passivação do eletrodo. Os pesquisadores usaram o complexo de supercomputador da Lomonosov Moscow State University para simulação de todos os átomos com a ajuda de métodos de dinâmica molecular.

Alexei Khokhlov diz, "Há um grande número de processos e reações paralelas ocorrendo no cátodo durante a operação da bateria de lítio-ar. Infelizmente, o estudo experimental dos estágios separados desses processos muitas vezes acaba sendo impossível, enquanto a simulação de estágios separados das reações com a ajuda de supercomputadores permite rastrear tendências básicas nos estágios que estamos estudando. "

Os cientistas descobriram que a redução dos ânions superóxidos que levam à passivação do eletrodo só é possível após sua ligação com cátions de lítio.

Alexei Khokhlov resume:"Nós entendemos que a formação de produtos de descarga não condutores na superfície do eletrodo (sua passivação) ocorre somente após a ligação de um intermediário (ânion superóxido) com íons de lítio, que são altamente concentrados perto da superfície do eletrodo. Se você os deslocar, a passivação não vai, provavelmente, proceda tão rapidamente. "