แบตเตอรี่ลิเธียม-อากาศแบบชาร์จไฟได้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีขั้นสูงชนิดหนึ่งที่มีความน่าสนใจเป็นพิเศษ
เนื่องจากมีความสามารถในการจัดเก็บพลังงานได้สูงและมีความหนาแน่นของพลังงานสูง
ในขณะที่ใช้งานแบตเตอรี่ ไอออนลิเธียมจะรวมตัวกับออกซิเจนจากอากาศเพื่อสร้างอนุภาคของลิเธียมออกไซด์
ซึ่งจะเกาะติดกับเส้นใยคาร์บอนบนอิเล็กโทรด
ในระหว่างการชาร์จใหม่ ลิเธียมออกไซด์จะแยกตัวอีกครั้งเป็นลิเธียมและออกซิเจน ซึ่งจะถูกปล่อยกลับสู่ชั้นบรรยากาศ
ลำดับการแปลงนี้ไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก เนื่องจากมีความต่างศักย์ไฟฟ้ามากกว่า 1.2 V
ระหว่างศักย์ไฟฟ้าขาออกและศักย์ไฟฟ้าในการชาร์จของแบตเตอรี่
ซึ่งหมายความว่าพลังงานไฟฟ้าประมาณ 30% จะสูญเสียไปในรูปของความร้อนเมื่อชาร์จแบตเตอรี่
นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่มากอันเป็นผลมาจากการแปลงออกซิเจนอย่างต่อเนื่องระหว่างสถานะก๊าซและของแข็ง
ยังสร้างแรงกดดันต่ออิเล็กโทรดและจำกัดอายุการใช้งานอีกด้วย
แผนผังโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียม-อากาศ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-อากาศแบบนาโนไฟเบอร์
แคโทดจะประกอบด้วยคาร์บอนนาโนไฟเบอร์
ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุที่ประกอบเป็นแคโทด
วัสดุคาร์บอนถูกนำมาใช้เป็นแคโทดอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดี มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่
และมีความเสถียรทางเคมี วัสดุคาร์บอนมีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะกับแบตเตอรี่ลิเธียม-อากาศ
โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับรองรับออกไซด์ของโลหะ
คาร์บอนนาโนไฟเบอร์ แบบอิเล็กโตรสปันที่ปราศจากสารยึดเกาะเป็นตัวเลือกที่มีศักยภาพที่ดี
โดยเฉพาะสำหรับใช้ในอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียม-ออกซิเจน
เนื่องจากไม่มีสารยึดเกาะ มีโครงสร้างที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ที่เปิดกว้าง
มีคาร์บอนที่ช่วยสนับสนุนและเร่งปฏิกิริยารีดักชันออกซิเจน และมีความคล่องตัว
Zhu และคณะได้พัฒนาแคโทดแบบใหม่ที่สามารถเก็บลิเธียมและออกซิเจนในอิเล็กโทรดที่พวกเขาเรียกว่านาโนลิเธีย
ซึ่งเป็นเมทริกซ์ของคาร์บอนนาโนไฟเบอร์ ที่ฝังด้วยออกไซด์ของโคบอลต์เป็นระยะๆ
ออกไซด์ของโคบอลต์เหล่านี้ทำให้นาโนลิเธียมที่มีซูเปอร์ออกไซด์ซึ่งโดยปกติไม่เสถียรมีความเสถียร
ในการออกแบบนี้ ออกซิเจนจะถูกเก็บไว้เป็น LiO2 และจะไม่เปลี่ยนรูประหว่างก๊าซและของแข็งในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
เมื่อแบตเตอรี่กำลังคายประจุ ไอออนลิเธียมในนาโนลิเธียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนซูเปอร์ออกไซด์เพื่อสร้างเมทริกซ์ Li2O2, และ Li2O
ออกซิเจนยังคงอยู่ในสถานะของแข็งในขณะที่เปลี่ยนรูประหว่างรูปแบบเหล่านี้
ปฏิกิริยาเคมีของการเปลี่ยนรูปเหล่านี้ให้พลังงานไฟฟ้า ในระหว่างการชาร์จ การเปลี่ยนรูปจะเกิดขึ้นแบบย้อนกลับ