雖然鋰-氧（Li-O₂）電池可以提供比鋰離子電池（LIBs）更大的重量能量，但由于非質子電解質的不穩定性，導致Li-O₂效率和循環壽命較差。基于此，麻省理工學院Yang Shao-Horn和Graham Leverick（共同通訊作者）等人報道了在LiNO₃/KNO₃的Li-O₂電池中，四電子氧還原（four-electron oxygen reduction）形成Li₂O是由硝酸鹽電化學還原為亞硝酸鹽，以及隨后亞硝酸鹽被分子O₂化學氧化為硝酸鹽促進的。

同位素標記實驗表明，在熔鹽Li-O₂電池充電過程中釋放的O₂中的氧原子來自硝酸鹽電解質，而不是分子氧。利用基于¹⁶O的LiNO₃/KNO₃在³⁶O2（¹⁸O¹⁸O）中放電后對氧電極的拉曼光譜測量表明，Li₂O不含¹⁸O，但LiNO₃/KNO₃確實含有¹⁸O。通過差分電化學質譜（DEMS）發現，其在對以³⁶O2（¹⁸O¹⁸O）放電的此類電極充電時僅檢測到³²O₂。因此，這種Li-O₂電池的放電電壓對氧電極的表面化學性質很敏感。

表觀四-電子氧還原為Li₂O（4Li⁺ + 4e^– + O₂ => 2Li₂O）的動力學可能受到硝酸鹽電化學還原為亞硝酸鹽（2LiNO₃ + 4e^– + 4Li⁺ => 2LiNO₂ + 2Li₂O）的緩慢性的限制由于NO₃^–的弱吸附或NO₂^–的解吸，可能會受到NO₂^–的強表面結合強度和O₂對NO₂^–表面氧化的不良動力學的阻礙。發現具有類似NiO表面的氧電極具有快速的電化學NO₃^–還原為 NO₂^–和NO₂^–被O₂表面氧化的動力學，這是觀察到在O₂和Ar中用LiNO₃/KNO₃放電的高電壓和倍率性能的原因。

Nitrate-mediated four-electron oxygen reduction on metal oxides for lithium-oxygen batteries. Joule, 2022, DOI: 10.1016/j.joule.2022.06.032.

https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.032.