本文簡單介紹了鋰空氣電池的原理和類型，目前的研究進展以及鋰空電池的優(yōu)缺點。

1鋰空氣電池類型及工作原理

鋰空氣電池采用鋰作為負極活性材料，采用多孔的氣體擴散層電極作為正極材料，按電解質(zhì)體系主要分為有機電解液體(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。

不同電解液體系鋰空氣電池

鋰空氣電池的概念最早由Lockheed提出，電解液為堿性水溶液。氧氣在空氣電極上發(fā)生氧還原反應(yīng)，形成氫氧化物。其放電反應(yīng)方程為：

4Li+O2+2H2O→4LiOH(1-1)

放電過程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護膜而阻礙電化學反應(yīng)的快速進行。在開路或低功率的狀態(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)，因此對鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒有商業(yè)化的產(chǎn)品。綜合考慮實用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實際應(yīng)用的首選。

非水電解液體系的鋰空氣電池使用了含有可溶性鋰鹽的有機電解液，工作原理是基于Li2O2的生成與分解：

4Li+O2→2Li2O(1-3)

2Li+O2→Li2O2(1-4)

根據(jù)1-3式計算，鋰空氣電池的理論能量密度為5200Wh/kg，在實際應(yīng)用中，由于氧氣來自外界環(huán)境，排除氧氣后的能量密度高達11430Wh/kg。

目前對于全固態(tài)鋰空氣電池報道較少，其具有穩(wěn)定性好、循環(huán)性能好、避免形成鋰枝等優(yōu)點，但其低導電性，容量和能量密度限制了其發(fā)展。

每一種電池體系都有其各自的優(yōu)點，同時也都面臨著反應(yīng)機理和工藝設(shè)計的難題。目前對于鋰空氣電池的研究大多數(shù)是采用有機電解液體系。

2目前研究重點內(nèi)容

目前常用的鋰空氣電池系統(tǒng)主要分三種類型，a)Coin-Cell型、b)Swagelok型和c)Pouch型，如下圖所示。因為目前大多數(shù)都是關(guān)于材料、電解液等單方面的研究，Coin-Cell型、Swagelok型因為簡單的設(shè)計，良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點，也是大多數(shù)研究機構(gòu)采用的系統(tǒng)，而采用Pouch型的研究很少。但高比能量的電池是未來鋰空氣電池能夠?qū)嶋H應(yīng)用的重要目標，所以對于Pouch型的研究將對未來鋰空氣電池起到關(guān)鍵作用。

目前，鋰空氣電池面臨的挑戰(zhàn)主要來自電解質(zhì)、空氣電極和催化劑三個方面。目前采用的電解液包括傳統(tǒng)酯類、醚類、砜類、離子液體等，但均存在不同程度的高電位充電下變質(zhì)的問題;空氣電極主要面臨電極材料的選擇及電極結(jié)構(gòu)設(shè)計問題;而催化劑則面臨著催化效率的問題。所以，鋰空氣電池領(lǐng)域的研究進展電可以從電解液、空氣電極和催化劑材料的發(fā)展情況來觀察。

3鋰空電池的優(yōu)缺點

鋰空氣電池的理論比能量為11430Wh/kg(排除O2重量)，與汽油的比能量相近。因而，鋰空氣電池系統(tǒng)實際比能量預計能夠達到1700Wh/kg。近十年，特別是最近幾年，鋰空氣電池正在被廣泛的研究，也報道了許多重要的實驗結(jié)果，但最高的電池實際能量密度僅比鋰離子電池高一些。因而提高電池的能量密度和倍率性能來實際應(yīng)用于未來領(lǐng)域還需要更多的突破性進展。

與其他電池相比，鋰空氣電池有比能量高、成本低廉、可充放性、環(huán)境友好等。但是，對于有機體系，在空氣電極、電解液、催化劑等方面已經(jīng)有了一定認識，但還存在著一些重要的問題，如放電性能、能量效率、催化劑、空氣電極設(shè)計、都是鋰空氣電池體系的關(guān)鍵科學問題。這些這些問題的解決將會推動鋰空氣電池走向?qū)嶋H的應(yīng)用。