可充电锂空气电池因其超高的理论能量密度有望成为下一代远程电动汽车和便携式电子设备的潜在电源。然而，发生在空气正极侧的氧还原和氧析反应动力学缓慢，导致电池过高的过电位和较差的可逆性，限制了锂空气电池的产业化发展。开发高效、低成本、低过电位的电催化剂是克服上述核心问题的关键。

近日，吉林大学徐吉静教授课题组制备了一种具有压电效应的空气正极材料，利用锂空气电池固体放电产物生长和分解过程中产生的电池内应力作为微观压力源，诱导空气正极中压电材料的压电效应以促进电极反应动力学，构筑了具有高能量转化效率和长寿命的力场辅助锂空气电池新体系。该工作提出的无附加能量的内应力辅助方法，有望成为提升金属空气电池反应动力学和综合性能的新策略。

该工作将典型的压电材料钛酸钡（BaTiO₃, BTO）引入到锂空气电池空气正极中，通过固体放电产物生长和分解产生的微观内应力诱导内建电场，从而改善循环过程中的反应动力学和界面Li+输运（图一）。原位拉曼光谱、X射线衍射谱、有限元模拟和第一性原理计算均揭示了电池内应力对BTO产生内置电场的具体调节作用。弛豫时间分布和原位电化学阻抗谱准确地揭示了内应力诱发的内置电场与电极动力学之间的内在关系。

为了阐明压电材料BTO的内置电场可以通过固体放电产物的生成和分解所产生的内应力来触发，利用原位拉曼技术监测了锂空气电池充放电过程中BTO的晶格振动谱。随着放电的进行，在808 cm⁻¹附近的拉曼散射带逐渐增强，表明BTO表面上快速形成了放电产物Li₂O₂；249 cm⁻¹和306 cm⁻¹处的拉曼散射带逐渐增强，标志着BTO的晶格畸变逐渐增加。这主要是由于放电产物的不断积累引起的动态增加的电池内应力使Ti⁴⁺沿一定的晶轴向O₂⁻移动，相应的O₂⁻表现出电子位移极化，从而产生自发极化电场（图二）。

电池内应力诱导的压电势能够调节能带结构，驱动载流子的分离和输运，增强Li⁺的传质，有效降低反应势垒，显著提高电池性能。所组装的锂空气电池展现出18438 mAh g⁻¹的放电容量和2200 h的长循环寿命。并且在1000 mA g⁻¹的电流密度下，放电电位可以保持在2.7 V，证明了其优异的倍率性能（图五）。