锂空气(氧气)电池的研究进展
此外，锂空气电池商业化之前还有其它一些问题需要解决。例如，为保证一定的充放电次数，需要开发相应的 系统以保证其在车辆和电子设备中使用的可行性。
研究人员需要研究充电和放电过程的化学变化，看看会产生哪些化合物，这些化合物会与系统中其它物质发生 什么反应。
通用汽车在密歇根州的研究和开发中心研究员 Gholam-Abbas Nazri相信，该集团的研究是朝着正确的方向进 行的，可以提高对催化剂的了解。他补充说，研究可能会带来锂空气系统的突破。
与此同时，其他致力于锂空气电池研究的公司声称，他们可能在 10年内开发出产品。不过，Shao Horn女士 认为，现在预测锂空气电池何时可以商业化还为时尚早。
“这是一个非常有前景的领域，但有很多科学和工程方面的挑战需要克服，”Shao-Horn女士说。
她补充说，如果锂空气电池真正实现了锂离子电池两倍的能量密度，他们将会首先被用于便携式电子产品，如 电脑和移动电话。当电池的成本降低后，锂空气电池便可以用于电动车辆。
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锂空气(氧气)电池的研究进展
六、 电动车虽为时下流 行，但仍 需更轻便经济的电池。锂-空 气电池或可奏效。
尼桑聆风电动车将于今夏上市，售价3.3万美元。这辆次紧凑型车本来只需1.65万美元，售价之所以翻倍是因为采用了 约1.65万美元的电池。海星公司（Navistar）研发之中的航星电动卡车（eStar）预计售价15万美元，其中电池至少7.5万美 元。除了成本高之外，聆风和航星电池的续航能力还未突破100英里。
这两辆车的电池与笔记本电池是同一种，工作原理都是锂离子往返于两极之间。电动车的不便在于充电电池既贵且重。锂 电池每磅顶多含有110瓦时的电能，而每磅汽油可达6,000瓦时。虽然汽油车85%的能量都因发热或无效转化而损失，而电动 车的损耗率仅为10%，但汽油的重量仅是电池的1/9。
一方面，电池制造商正在锂电池的成本和性能方面取得惊人进展，但另一方面他们和电动车生产商都认为电动车需要新电 池。
―大家都觉得锂电池（的能量密度）不可能翻一番，IBM研究所（IBM Research）纳米科学部门经理温弗莱德·维尔克 （Winfried Wilcke）表示，―但我们要做的还不止翻一番。‖
作为IBM集团的高级科学家，维尔克正努力研发出一种效能更加优异的电池——甚至希望能―7倍于锂电池‖，即达到―每 磅800瓦时‖。这意味着一节125磅的电池将可与100磅满缸汽油相媲美。
秘诀在于利用某种轻便而易得的物质：空气。IBM与其他汽车公司都在研发一种金属-空气电池，包括丰田和仅有20年历 史的加州伯克莱宝丽加（PolyPlus）公司。这种金属-空气电池一极是金属（锂最理想），一极是空气，由于可省下一极的重量， 比旧式锂电池轻便得多。维尔克介绍道，这就像汽油车一样可释放出足够能量，同时发生作用的空气（氧气）又不占重量。
人们发现金属-空气电池的优点已经很多年了，锌-空气电池也被广泛生产并应用到助听器等的设备上。但尚未有人能够增 大这些电池的体积，并做成充电电池——这也是为什么金属-空气电池尚有一些科研意义。如今，人们将希望寄托在材料科学、 计算机模拟方面，并希望可进一步从原子程度上观测材料表现。
目标是研制出可驱动家用车前行500英里的电池，IBM将公司项目称为―电池500计划‖（Battery 500 Project）。美 国参议院近期收到一份议案，内容就是向研制出上述商用电池的研发人员奖励1,000万美元。
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多数电池都有正负两极，放电时正极叫做阴极，负极为阳极。锂电池的阳极一般由石墨构成，充电时储存锂电子。而阴极 则由含有锂、钴（一种金属）、铁、氧气或磷等的混合物制成。阴极搜集电子就像车库停放车辆一样，问题也在于此——―车 辆比车库轻太多了，‖维尔克说，―有用离子都被阴极材料挡在了外面。‖
而锂-空气电池的阳极完全由锂构成，这是元素周期表中最轻的金属，也几乎全部用来产生电能。这种电池的阴极中不是 重金属混合物，而是空气。作用时，极活跃的锂与空气中的氧气在轻质多孔碳结构中发生反应，产生过氧化锂，并释放两个电 子。这两个电子被导入电路，提供电能。
问题之一在于能否实现充电。维尔克表示，他领导的研究组通过微分电化学质谱技术已经证实，充电确实可行，因为检测 到了由过氧化锂产生的氧气。
另一个问题在于锂要隔水，而空气中含有水蒸气。由劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory） 诸位科学家成立的宝利加公司则认为已就此找到答案——使用一种可通过锂离子而阻隔水分子的陶瓷膜。―我觉得投资锂-空气 电池的公司都离不开我们的技术‖，宝丽加公司创始人、首席技术执行官史蒂芬·威斯科（Steven Visco）称。
维尔克说，经过一年的研究，IBM―电池500计划‖将于2012年制造出实验型空气充电电池，2015年左右将研制出电动 车用样品电池。如果只是计划短途旅行，不妨先买辆聆风候着。
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七、 锂电池之后的新电池 锂-空气电池首次实用化
虽然仍使用有机溶媒，但不同的是以全新的构成来提高电池的能量密度，这就是锂-空气电池。在这种尝试下， 日本产业技术综合研究所与日本学术振兴会开发出了新结构的锂-空气电池。
锂—空气电池的概念很早就提出来了。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质，因此理论上正极的容量密 度是无限的，可加大容量。另外，如果负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高一位数。
不过，锂-空气电池至今都未普及。原因是存在致命缺陷，即固体反应生成物氧化锂（Li2O）会在正极堆积， 使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停止。
日本产综研通过将电解液分成两种解决了这一问题。在负极（金属锂）一侧使用有机电解液，在正极（空气） 一侧使用水性电解液。在两种电解液之间设置只有锂离子穿过的固体电解质膜，将两者隔开。这样便可防止电解液 混合，并促进电池发生反应。
负极采用金属锂条。负极用电解液组合使用的是含有锂盐的有机电解液。虽然不能弃用有机溶媒，但却限定了 使用方法。正极用水性电解液使用碱性水溶性凝胶，与微细化后的碳和低价氧化物催化剂形成的正极组合。 在该电池中，由放电反应生成的并非是固体的 Li2O，而是容易溶解在水性电解液中的 LiOH（氢氧化锂）。因 此，氧化锂在空气电极堆积后，不会导致工作停止。另外，水及氮等也不会穿过固体电解质的隔壁，因此不存在与 负极的锂金属发生反应的危险。而且，在充电时，如果配置充电专用的正极，还可防止充导电致空气电极的腐蚀和 老化。
以 0.1A/g的放电率进行放电时，放电容量约为 9000mAh/g。以前的锂-空气电池的放电容量仅为 700～ 3000mAh/g，可以说实现了容量的大幅增加。
另外，如果使用水溶液取代水溶性凝胶，便可在空气中以 0.1A/g的放电率连续放电 20天，其放电容量约为 5万 mAh/g，比原来高一位数。由于金属锂电池的容量原本就比锂离子电池高一位数，因此该数值共比锂离子充 电电池高两位数。水溶液的性能较高，但在易用性上凝胶更为出色。今后需要考虑对这两者中的哪一个进行开发。 这种技术还可考虑与单纯的充电电池不同的使用方法。如果不对电池进行充电，而是通过底座更换正极的水性 电解液，以卡盒等方式补给负极的金属锂，汽车便可无需充电等待时间，立即行驶。通过回收用过的水性电解液， 以电气方式重新生成金属锂，还可实现锂的反复使用。可以说是以金属锂为燃料的新型燃料电池。
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八、 日本研发大容量锂空气电池用于汽车动力
对于未来新能源汽车的发展，无论是混合动力，还是燃料电池电动等，均需要高性能电池发挥功用。而目前发展的瓶颈即 是电池容量的不足，不过新的锂空气电池技术有望彻底解决这一问题。
日前，日本产业技术综合研究所与日本学术振兴会（JSPS）共同开发出了新构造的大容量锂空气电池。
锂离子电池广泛用于手机和笔记本电脑等，用于电动汽车时存在能源密度不足的问题。所以理论上可实现大容量的―锂空 气电池‖作为新一代大容量电池而备受瞩目。不过此前的锂空气电池存在正极蓄积固体反应生成物，阻隔了电解液与空气的接 触，导致停止放电等问题。
负极（金属锂）采用有机电解液，正极（空气）方面则使用水性电解液，两极由固体电解质隔开，以防止两电解液发生混 合。由于固体电解质只通过锂离子，因此电池的反应可无阻碍地进行。正极的反应生成物具有水溶性，不产生固体物质。实验 证明该电池可连续放电50000mAh/g（空气极的单位质量）。
该技术极有望用于汽车电池。如果在汽车用支架上更换正极的水性电解液，用卡盒等方式补充负极的金属锂的话，汽车可 实现连续行驶且无需充电等待时间。可以从用过的水性电解液中轻松提取金属锂，锂能够反复使用。可以说是用金属锂作为燃 料的新型燃料电池。
锂离子电池目前已经开始在电动汽车上应用，为了实现长距离行驶，作为蓄电池时的高性能化和低成本化备受期待。但目 前的锂离子电池受制于电池容量很难实现长距离行驶，要实现长距离行驶必须在汽车上配备大量的电池，因此存在车体价格大 幅上升的问题。
要实现电动汽车的普及，能源密度需达到目前的约6～7倍。因此，理论上能源密度远远大于锂离子电池的金属锂空气电 池备受关注。由于锂空气电池的正极使用空气中的氧做活性物质，理论上正极容量无限大，因此可实现大容量。
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