1、采用原位組裝策略，將電解液與鋰作為負極，碳納米管作為正極集成在一起。由于沸石固有的化學穩定性，有效地抑制了電解液因鋰或空氣的作用而退化。2、該電池的容量為12020 mAh g?1碳納米管，在電流密度為500 mA g?1和容量為1000 mAh g?1的情況下，循環壽命為149次。在相同條件下，這種循環壽命比基于鋰鋁鍺磷酸鹽(12次)和有機電解質(102次)的電池更長。3、沸石基鋰-空氣電池的電化學性能、柔韌性和穩定性賦予了其實際的適用性，可擴展到其他能量存儲系統，如鋰離子電池、鈉-空氣電池和鈉離子電池。固態鋰(Li)-空氣電池被認為可以用于解決下一代能量存儲的技術中液體電池系統遇到的安全性和電化學穩定性問題。然而，由于傳統的固體電解質對鋰金屬或空氣的不穩定性，以及構建低阻界面的困難，因此不適合用于固態鋰-空氣電池系統。鋰-空氣電池在現有電池系統中具有最高的理論能量密度，有望在下一代能量存儲設備中發揮突出作用。然而，一些關于安全問題的嚴重挑戰仍然需要解決，電解液的分解和揮發、鋰負極的腐蝕和鋰枝晶的形成。傳統的固體電解質對鋰金屬或空氣的不穩定性，以及構建低阻界面困難，因此不適合用于固態鋰-空氣電池系統。為了解決這些挑戰，有必要開發一種固態鋰空氣電池(SSLAB)，該電池的關鍵部件為固體電解質。除了具有高的離子電導率、對金屬鋰負極的優越穩定性和良好的界面相容性外，適合SSLABs使用的固體電解質應對空氣成分具有高穩定性，使電池能在環境空氣中工作，具有高抗氧化性，同時可以防止氧還原中間體的腐蝕。然而，由于典型的具有高離子導電性和良好安全性能的無機固體電解質對鋰金屬或空氣的不穩定性，目前不適合該電池系統。此外，固體電解質的高電導率導致鋰在電解質內部成核，從而在電池中產生短路。低成本大規模生產SSLABs仍然困難，而常規無機固體電解質的非柔性也限制了其應用。到目前為止，為SSLABs設計一種同時具有高環境適應性和優越電化學性能的固體電解質仍然是一個挑戰。有鑒于此，吉林大學的徐吉靜教授和于吉紅院士等開發了一種以鋰離子交換沸石X (LiX)沸石膜(LiXZM)為無機固體電解質的高度穩定、可集成和柔性的固態鋰-空氣電池。1）沸石是一類重要的無機結晶微孔材料，在化學工業中廣泛應用，對空氣組分具有高穩定性的沸石滿足固體電解質在固態鋰空氣電池中的基本要求。LiXZM具有高的離子電導率、低的電子電導率，對空氣和鋰負極的組分具有優異的穩定性。2）以碳納米管為正極的鋰-空氣電池整體結構有利于降低界面電阻。與含有機電解質的傳統鋰電池相比，集成的固態鋰-空氣電池在環境空氣中表現出更加優越的性能。由于其良好的結構和優異的性能，含有固體沸石電解質的鋰空氣電池有望在儲能領域得到廣泛的應用。1）新型固態鋰-空氣電池設計：通過材料和結構合理設計，以LiX沸石膜作為無機固體電解質，開發了一種高度穩定、靈活、高集成的固態鋰-空氣電池。2）高容量高穩定性：該材料克服了傳統固體電解質不穩定、界面相容性差和電導率高的缺點，在環境空氣中具有高容量和高速率能力和長循環壽命。3）適用性廣泛：由于它們的電化學性能、安全性、柔韌性和環境適應性，這些系統有望成為下一代能源存儲系統。研究中制備了Si/Al比接近1.0的鋰離子交換單晶來表征該沸石的固有離子電導率。在水溶液中進行離子交換過程后，材料的晶體結構保持良好，證明了LiXZM對水的高穩定性。值得注意的是，LiXZM在常溫條件下保存一年后，XRD圖譜沒有變化，這表明它與常規無機固體電解質相比具有較高的穩定性，這種優越的穩定性對于鋰-空氣電池來說至關重要。與LiX沸石顆粒(LiXZP)相比較，LiXZM具有更高的離子電導率(2.7x10?4 S cm?1，而LiXZP僅為3.3 x 10?9 S cm?1)。值得注意的是，LiXZM具有良好的電子絕緣性，在25°C - 500°C時，其穩定的電導率約為1.5 x 10?10 S cm?1，有效地防止了Li枝晶在固體電解質內的成核和生長。除此之外，LiXZM具有較好的機械耐久性，可以有效地防止Li枝晶的形成及其后續的負面影響。合理地構造固體LiXZM電解質與正極之間的界面，可以克服傳統無機固體電解質電池中存在的過度接觸阻抗。首先采用化學氣相沉積法在不銹鋼網上原位生長氮摻雜碳納米管作為正極（CNT-SS）。然后將CNT-SS的一側進行親水性處理，涂上NaX沸石晶種漿，經水熱處理形成NaXZM。最后經過鋰離子交換，得到完整的正極-固體電解質結構(C-LiXZM)。值得注意的是，CNT-SS的親水側有利于沸石晶種的擴散，而疏水側則是與空氣接觸的正極，為放電產物(Li2O2)提供了充分的保護，使其不受水侵蝕。這兩種表面都對離子液體電解質表現出良好的親和力，有利于鋰離子進一步向正極遷移，也有利于Li2O2的保護。
該電池的容量為12020 mAh g?1碳納米管。在電流密度為500 mA g?1和容量為1000 mAh g?1的情況下，循環壽命為149次。在相同條件下，這種循環壽命比基于鋰鋁鍺磷酸鹽(12次)和有機電解質(102次)的電池更長。沸石基鋰-空氣電池的電化學性能、靈活性和穩定性賦予了其實際的適用性，可擴展到其他能量存儲系統，如鋰離子電池、鈉-空氣電池和鈉離子電池。圖4. 使用C-LiXZM的SSLAB的安全性、穩定性和柔韌性。
Chi, X., Li, M., Di, J. et al. A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery. Nature 592, 551–557 (2021).DOI: 10.1038/s41586-021-03410-9https://doi.org/10.1038/s41586-021-03410-9
