導讀：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電解質體系。
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生氧還原反應，形成氫氧化物。其放電反應方程為：
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的快速進行。在開路或低功率的狀態下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應：
Li + H2O→ LiOH + 1/2H2 (1-2)
在水系電解液中，金屬Li極易和水反應，因此對鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒有商業化的產品。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1-3式計算，鋰空氣電池的理論能量密度為5200 Wh/kg，在實際應用中，由于氧氣來自外界環境，排除氧氣后的能量密度高達11430 Wh/kg。
目前對于全固態鋰空氣電池報道較少，其具有穩定性好、循環性能好、避免形成鋰枝等優點，但其低導電性，容量和能量密度限制了其發展。
每一種電池體系都有其各自的優點，同時也都面臨著反應機理和工藝設計的難題。目前對于鋰空氣電池的研究大多數是采用有機電解液體系。
2目前研究重點內容
目前常用的鋰空氣電池系統主要分三種類型，a) Coin-Cell 型、b) Swagelok型和c) Pouch型，如下圖所示。因為目前大多數都是關于材料、電解液等單方面的研究， Coin-Cell 型、Swagelok 型因為簡單的設計，良好的穩定性等優點，也是大多數研究機構采用的系統，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實際應用的重要目標，所以對于Pouch型的研究將對未來鋰空氣電池起到關鍵作用。
目前，鋰空氣電池面臨的挑戰主要來自電解質、空氣電極和催化劑三個方面。目前采用的電解液包括傳統酯類、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的問題;空氣電極主要面臨電極材料的選擇及電極結構設計問題;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展情況來觀察。
3鋰空電池的優缺點
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用于未來領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、空氣電極設計、都是鋰空氣電池體系的關鍵科學問題。這些這些問題的解決將會推動鋰空氣電池走向實際的應用。
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