发展具有低成本、安全可靠的二次电池是目前研究的热点方向,也是为了解决能源问题,实现能源高效利用的重要环节之一。钠空气电池具有成本低、安全性能好和稳定性强的优势引起学者们的广泛关注,但是钠空气电池的正极中存在水分和CO2,随着反应的进行会引起一系列副反应从而导致绝缘物质（例如碱金属氢氧化物和碱金属碳酸盐）形成,使电池的电化学性能恶化,甚至导致电池失效。发展纯氧气的钠电池（Na-O2）成为必然趋势,目前对此的研究还是局限在传统宏观的层面,没有办法能够直观的观察电池在微观反应的全过程。本文利用原位电镜-探针显微镜（TEM-STM）样品杆（Pico-Femto FE-F20）在球差校正环境透射电子显微镜（FEI,Titan G2,300 k V）中构建了全固态Na-O2电池,研究了使用无碳空气阴极催化剂（Au/CuO、C/CuO和Au/CNT）在电池放电和充电过程中形貌和结构的变化。具体研究如下:原位观察了以Au/CuO和C/CuO纳米线为阴极催化剂的全固态Na-O2电池中充放电反应现象。观察到Au/CuO纳米线的体积膨胀率为153.7%,C/CuO纳米线的体积膨胀率为79.2%,两者均仅发生了一次体积膨胀。而纯CuO纳米线却发生了三次以上体积膨胀,并且前三次的体积膨胀率分别为70%,340%和580%。相比较之下Au/CuO和C/CuO纳米线的体积膨胀比例有了明显的降低。原位观察了以Au/CNT纳米线为阴极催化剂的全固态Na-O2电池中充放电反应机理。Au纳米颗粒包覆的CNT（Au/CNT）纳米线作为Na-O2电池阴极催化剂的反应特点是:Na O2在放电过程基本稳定存在且充电结束后的产物能够完全分解,该过程可以很好的循环。放电和充电过程能明显的看到碳纳米线被腐蚀和消耗,可能原因是（1）在放电过程中产生了Na O2,而Na O2中存在的O2-腐蚀碳纳米线,因此看到碳纳米线明显的被腐蚀（2）在充电过程中Na2O2分解,而Na2O2的分解需要消耗C,反应原理:2Na2O2+C→4Na++CO2+O2+8e-。纯CNT纳米线在进行放电反应时仅在纳米线的前端发生反应,并且充电结束后纯CNT纳米线仍保持放电后的结构,并没有明显的变化。与纯CNT纳米线对比,Au/CNT纳米线的循环性能有了明显的提高。