什么是鋰空氣電池

鋰空氣電池是一種用鋰作陽(yáng)極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。其實(shí)，鋰空氣電池就是金屬燃料動(dòng)力電池，通俗地來(lái)說(shuō)就是用金屬鋰做負(fù)極，氧氣做正極的一種鋰離子電池。鋰空氣電池的優(yōu)點(diǎn)在于比能量高（比能量，簡(jiǎn)單地理解就是單位質(zhì)量的電極材料參與反應(yīng)時(shí)放出電能的大小），理論上接近了汽油。

雖然鋰空氣電池比能量高，但是它的缺點(diǎn)就是反應(yīng)可逆性差，要催化劑。這里所說(shuō)的2D材料也叫做二維材料。用它們做催化劑的時(shí)候，能夠提高電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率，使鋰空氣電池的效率更高、充電能力更強(qiáng)，電池保存能量的能力和供應(yīng)能量的能力被大大提升了。

放電過(guò)程：陽(yáng)極的鋰釋放電子后成為鋰陽(yáng)離子（Li+），Li+穿過(guò)電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過(guò)來(lái)的電子結(jié)合生成氧化鋰（Li2O）或者過(guò)氧化鋰（Li2O2），并留在陰極。鋰空氣電池的開(kāi)路電壓為2.91V。

鋰空氣電池工作原理

鋰空氣電池采用鋰作為負(fù)極活性材料，采用多孔的氣體擴(kuò)散層電極作為正極材料，按電解質(zhì)體系重要分為有機(jī)電解液體（非水性電解液體系）、水性電解液體系、混合電解液體系和全固態(tài)電解質(zhì)體系。

4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

放電過(guò)程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護(hù)膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)行。在開(kāi)路或低功率的狀態(tài)下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應(yīng)：

Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

在水系電解液中，金屬Li極易和水反應(yīng)，因此對(duì)鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒(méi)有商業(yè)化的產(chǎn)品。綜合考慮實(shí)用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實(shí)際應(yīng)用的首選。

鋰空氣電池未來(lái)會(huì)取代鋰離子電池嗎？

有人說(shuō)：假如說(shuō)鋰硫電池是替代鋰離子電池的下一代鋰電，那么鋰空氣電池將是鋰電的最終形態(tài)。從鋰電誕生到應(yīng)用才短短的幾十年，然而電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸替代化石能源，成為人們生活中不可或缺的一部分。目前，鋰離子電池備受人們的青睞，而鋰空氣電池被業(yè)界譽(yù)為最終電池。

隨著全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)需求的日益上升，鋰離子電池的發(fā)展受到了嚴(yán)重的阻礙，其發(fā)展瓶頸重要在于：如何提升正極材料的充放電比容量，以滿足高比能量、高充放電功率的要求；制備正極材料要大批量地使用稀有過(guò)渡金屬元素，如鈷、鎳等，而這些資源在地球上的儲(chǔ)量有限，成本也不低。

為了解決這些問(wèn)題，進(jìn)一步提高電池的能量密度，減輕電池重量，并減少重金屬的使用，鋰空氣電池誕生了。

鋰空氣電池雖然目前還在研發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，但是這類電池的儲(chǔ)能量卻是當(dāng)前鋰離子電池的10倍。由于它的質(zhì)量更輕，也能夠使得電動(dòng)汽車的輕量化有質(zhì)的提升。