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Liイオンバッテリーの高エネルギー密度化を目指して、空気中の酸素と化学反応してエネルギーを生成するLi・酸素バッテリー（リチウム空気バッテリー）の開発が世界中で競争的に進められている。ワーテルロー大学の研究チームは、リチウム - 酸素バッテリーの最も困難な問題の中の2つを解決し、ほぼ100％クーロン効率（充放電効率）で動作する高エネルギー密度のLi・酸素バッテリーの開発に成功した（Xia et al., Scence 361, 777, 2018）。

この新しい研究は、リチウム と酸素の電気化学における4電子変換が非常に可逆的であることを証明した。研究チームは、リチウム・酸素バッテリーの蓄電量を2倍にする4電子変換を初めて達成した。

リチウム - 酸素（Li-O2）電池の理論的エネルギー密度は従来型の5倍と高く、軽量であるため、究極の充電式バッテリーシステムと考えられてきた。しかし、電池の化学的性質と安定性に関する長年の問題は、困難な技術課題となって開発を妨げてきた。

深刻な問題のうちの2つは、スーパーオキサイド（LiO 2）および過酸化物生成物（Li 2 O 2）が多孔質炭素カソードと反応し、セルを内部から分解することである。スーパーオキサイドは、サイクル寿命を大きく制限する。

研究チームは、有機電解質をより安定な無機溶融塩に変え、多孔質炭素陰極を二官能性金属酸化物触媒に変えた。その後、150℃で電池を動作させることにより、より安定なLi 2 O 2の代わりにLi 2 Oが生成されることがわかった。この改良によって100％に近いクーロン効率をもつ可逆的なLi・酸素バッテリーを開発に成功した（下図）。 

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過酸化物（Li 2 O 2）の代わりに酸化リチウム（Li 2 O）として酸素を貯蔵することにより、電池は優れた充電特性を維持するだけでなく、システム内で最大4電子移動を達成し、理論的エネルギー蓄積を50％増加させた。