锂-氧气电池因其极高的理论比能量（3500 Wh kg^-1），被认为是极具前景的下一代高比能储能技术。为了提高软包电池的实际比能量，锂-氧气电池通常需要较厚的正极，以实现更高的放电面容量。然而，由于氧气在被电解液淹没的厚正极内部的扩散效率低下，锂-氧气电池的实际放电容量远低于其理论值。将氧气的扩散路径从通过电极孔道转变为通过电解液扩散，是一种行之有效的解决方案。基于这一思路，为有效提高锂-氧气电池的放电面容量，使得该体系的软包电池比能量满足实际应用的要求，南京大学现代工学院何平教授团队设计了一种具有极高氧气溶解度的局部高浓电解液，有效突破厚电极内部的氧气扩散瓶颈，大幅提高锂-氧气电池的放电比能量（图1）。

图1. 富氧局部高浓电解液对锂-氧气电池的改性机理示意图。

受全氟人造血液的启发，研究团队采用了氟代醚（EGBTFE）作为高浓电解液的多功能稀释剂。受益于大量C-F键带来的超高氧气溶解能力，氧气能够通过液相向厚电极内部传输，从而确保放电过程中远离气相的电极深处也能获得充足的氧气供应，并解决了因电极孔隙被放电产物堵塞而导致的氧气扩散进一步受阻的问题。通过冷冻电极切片结合紫外-可见光谱滴定技术，揭示了富氧局部高浓电解液的放电产物在厚正极中均匀分布，充分发挥厚电极对放电产物的容纳能力，从而大幅提升电池放电面容量（图2）。相比之下，在使用传统的四乙二醇二甲醚电解液的电池中，放电产物主要分布在电极/气体界面附近。此外，基于富氧局部高浓电解液的锂-氧气电池能够衍生出稳定的固体电解质界面（SEI），防止锂金属负极受氧气腐蚀，减少软包电池中锂金属的用量。因此，基于富氧局部高浓电解液的双正极堆叠结构的3.52 Ah级锂-氧气软包电池比能量达到了860.6 Wh kg-1（图3）。超高比能量软包电池的成功制备为锂-氧气电池设计开辟了新的技术路径。

图2. （a）电极冷冻切片技术示意图；（b）电极切片的紫外-可见光谱；（c）放电后的厚电极中的Li2O2产物分布；（d-e）基于富氧局部高浓电解液的锂-氧气电池放电后的正极的扫描电子显微镜图像。

图3. 基于富氧局部高浓电解液的锂-氧气软包电池的电化学性能和结构示意图。

相关工作以"Boosting the Li-O2 pouch cell beyond 860 Wh kg-1 by an O2-enriched localized high-concentration electrolyte"为题，于2025年2月20日在知名期刊《National Science Review》(https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf059)上在线发表。南京大学现代工学院何平教授为论文通讯作者，该院2022级研究生文章为论文第一作者。以上研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金等项目的资助，同时也得到了固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室和南京大学储能材料与技术中心等单位的支持。