據外媒報道，由于氮氣在大氣層的含量極為豐富，其一度被視為可再生能源(renewable energy)的重要來源之一。然而，由于其原子結構的關系，氮氣原子結構在常規(guī)條件下難以被打破，這對想要將氮原子鍵(atoms bond)轉化為電能的科學家們而言，無疑是一大挑戰(zhàn)。
如今，中國的研究人員已研發(fā)出一款鋰-氮(Li-N–)充電電池，其原理在于可逆反應6Li + N– ⇋ 2Li–N的運用。該電池系統(tǒng)由鋰電池陽極(Li anode)、基于醚類電解質(ether-based electrolyte)、碳布陰極(carbon cloth cathode)組成，該電池的法拉第效率為59%。
該“概念驗證(proof-of-concept)”設計被刊登在《化學》(Chem)雜志上，通過逆向的化學反應為當前的鋰-氮電池提供電能。與將氮鋰化合物(2Li3N)分解為鋰和氮氣，借此獲得化學反應時所產生的能量不同，該研究機構的Li-N2電池可在環(huán)境溫度條件下，在大氣氮(atmospheric nitrogen)中運行，與鋰產生發(fā)生反應后將生成氮鋰化合物。相較于其他鋰金屬電池，其能量輸出時間較短。
在室溫條件下，該款Li-N2電池的結構及再充電性(rechargeability)如下：圖(A)Li-N2電池結構圖，含有金屬鋰箔陽極(Li-foil anode)、基于醚類的電解質及共陰極(CC cathode)。圖(B)：電流密度為0.05 mA/cm2時，帶共陰極的Li-N2電池的氮氣固化曲線(N2 fixation curves)(藍色)及氮氣演化曲線(N2 evolution curves)(紅色)。圖(C)：掃描頻率為0.05 mV/s時，在氮氣飽和大氣(黑色)及氬氣飽和大氣下(紅色)，Li-N2電池的控制點曲線(CV curves)。圖(D)：電流密度為0.05 mA/cm2時，Li-N2電池的循環(huán)性能。
該研究團隊已論證，這款Li-N2電池能夠在室溫和大氣溫度下進行充電，其涉及一下可逆的電池反應(reversible battery reactions)：
(化學方程式1)陽極：6Li ⇋ 6Li+ + 6e−
(化學方程式2)陰極：6Li+ + N2 + 6e− ⇋ 2Li3N
(化學方程式3)整體：6Li+ + N2 ⇋ 2Li3N
該研究團隊調查了釕共陰極(Ru-CC)及二氧化鋯共陰極(ZrO2-CC)這兩類復合陰極的使用，進而提升氮氣固化能效。帶陰極催化劑(catalyst cathodes)的Li-N2電池的固化能效要比原始共陰極(pristine CC cathodes)的固化能效高。
該項研究由中華人民共和國科學技術部(Ministry of Science and Technology of China)及國家自然科學基金委員會(National Natural Science Foundation of China)提供資金支持。
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