作為在新一代電子產(chǎn)品、電力交通和電能儲(chǔ)存中應(yīng)用前景廣闊的能源設(shè)備，金屬空氣電池最突出的優(yōu)點(diǎn)即其可以將高能量密度的金屬負(fù)極與具備開(kāi)放結(jié)構(gòu)的活性空氣正極材料相結(jié)合。

制作金屬空氣電池，可選用的原材料比較豐富。目前已經(jīng)取得研究進(jìn)展的金屬空氣電池主要有鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等。這幾種類型的金屬空氣電池有的已經(jīng)具備大規(guī)模量產(chǎn)的條件，有的還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，有的已經(jīng)在電動(dòng)汽車方面取得良好的應(yīng)用成果，并即將大規(guī)模裝載新能源車輛。

從鋰離子電池說(shuō)起——金屬空氣電池原理

我們以鋰空氣電池為例來(lái)看鋰離子電池和鋰空氣電池有何區(qū)別。

在鋰離子電池中，負(fù)極為碳，正極為不同過(guò)渡金屬氧化物，如鈷、錳、鐵等。二者均浸潤(rùn)于溶解有鋰鹽的電解液中。充電時(shí)，鋰離子從正極(陰極)移動(dòng)到負(fù)極(陽(yáng)極)多孔碳上，嵌入碳材料中，外部電流從負(fù)極流到正極(電子從正極移動(dòng)到負(fù)極)，形成閉合回路;放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫嵌，回歸正極，外部電流從正極流向負(fù)極(電子從負(fù)極移動(dòng)到正極)。最終電池的容量大小取決于有多少材料能夠容納鋰離子，即由電極的體積與質(zhì)量決定。

鋰離子電池原理

當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。此時(shí)正極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

同樣道理，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。此時(shí)負(fù)極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

不難看出，在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。