锂空气电池的工作原理重要有什么？

锂空气电池的工作原理

锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。锂空气电池采用锂作为负极活性材料，采用多孔的气体扩散层电极作为正极材料，按电解质体系重要分为有机电解液体、水性电解液体系、混合电解液体系和全固态电解质体系。

锂空气电池.jpg

放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子（Li+），Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2），并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。

锂空气电池的概念最早由Lockheed提出，电解液为碱性水溶液。氧气在空气电极上发生氧还原反应，形成氢氧化物。其放电反应方程为：

4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

放电过程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下，Li的自放电率很高，并伴随着Li的腐蚀反应：

Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

在水系电解液中，金属Li极易和水反应，因此对锂离子隔膜的阻水性有很高要求，目前还没有商业化的产品。综合考虑实用性和安全性，水系锂空气电池并非最终实际应用的首选。

非水电解液体系的锂空气电池使用了含有可溶性锂盐的有机电解液，工作原理是基于Li2O2的生成与分解：

4Li+O2→2Li2O（1-3）

2Li+O2→Li2O2（1-4）

根据1-3式计算，锂空气电池的理论能量密度为5200Wh/kg，在实际应用中，由于氧气来自外界环境，排除氧气后的能量密度高达11430Wh/kg。目前关于全固态锂空气电池报道较少，其具有稳定性好、循环性能好、防止形成锂枝等优点，但其低导电性，容量和能量密度限制了其发展。每一种电池体系都有其各自的优点，同时也都面对着反应机理和工艺设计的难题。目前关于锂空气电池的研究大多数是采用有机电解液体系。

目前水平的锂空气电池单体能量密度比高镍三元高不了太多。因此还要技术上的突破，才能发挥电极的高比容量优势。

锂空电池那高得吓人的比容量是纯扯淡，因为这是基于Li和O2这种质量几乎无算的物质算出来的，你拿一个小小数当分母，当然会除出来一个巨大的数字，这小学生都会玩。但是电池的真正容量要算就要老老实实算上所有的电极组件（这还不包括把纯氧从空气中分离出来的设备，或者纯氧钢瓶的质量，这些咱下面再说），JeffDahn一算，哈哈，并不比LiCoO2高多少。牛皮被彻底踢爆。君不见后来苏格兰那位坏了名声的锂空大牛也只好扭扭捏捏地把Au电极的质量也算进去了，Au有多重多贵，做电池是给土豪专用的吗？（不过人家依然发在Science上，不服不行），结果容量现在捏去了水分就只有500多了（用了Au你还想要多少）。锂空还是锂-纯氧？这是两个巨大不同的概念。锂空概念股忽悠的是可以用免费的空气实现巨大的容量，这简直就是另一个神奇的水变油！但事实是必须用纯氧，你不了解氮气也会和锂反应吧，而且是不可逆的，那么空气中多少氮气啊？所以做锂空的人大脑会自动过滤去如何有效可靠地从空气中分离出纯氧这个问题，这是一个一直以来极其具有挑战性的问题，假如可以实现非常高效低成本地从空气中分离出纯氧，那么很多能源问题就解决了，还费劲巴基地搞什么电池？对了，由于锂空体系出了名的活泼（等下讲），一般必须用高纯氧，一般纯氧里面有点点水啊什么的，那你就等着和锂电极或电解液反应吧。想象一下以后汽车上载一个高纯氧的大钢瓶，这是在做火箭吗？IBM当年不了解被哪个作孽的给忽悠了，砸了一堆钱在锂空项目上。但是去年整个项目被全部连根铲掉，那个领头的去了伯克利当发考题。其实IBM还是真正的业界良心，人家静下心来好好研究了一番，结果最终发现----尼玛！是谁把我们带到这个遭瘟的大坑里来了。事实是，这个体系比以前想象的要复杂太多，太多副反应，Li2O2、电极、电解液之间都有复杂的副反应，尤其是充电的过程，理应释放出O2，但是IBM测了很多不同电解液和电极体系发现很多其实并不是原来声称的那样。很多原来发表的文章现在看来其实都是电解液的副反应，错得离谱！那一堆堆的文章，很多人大名都署在上面，比如苏格兰的那位，本来是业界大牛，结果一不小心老了老了晚节不保了。虽然大家相信这都是诚实的错误不是学术腐败，但不严谨的帽子大家心里早就给老人家戴上了。