锂空气电池工作原理究竟是什么，锂空电池的优缺点及反应方程式

很多朋友对锂空气电池工作原理究竟是什么，锂空电池的优缺点及反应方程式不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

什么是锂空气电池？锂空气电池是以锂为阳极，以空气中的氧气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，因为它的阴极(主要是多孔碳)很轻，氧气是从环境中获得的，而不是储存在电池中。

放电过程：阳极中的锂释放电子，成为锂阳离子(Li)。Li穿过电解质材料，并在阴极与从外部电路流出的氧和电子结合，产生氧化锂(Li2O)或过氧化锂(Li2O3)，其保留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。

锂空气电池的工作原理及反应方程式锂空气电池以锂为负极活性物质，多孔气体扩散层电极为正极材料。按电解质体系主要分为有机电解液(非水电解质体系)、水电解质体系、混合电解质体系和全固体电解质体系。不同电解质体系的锂空气电池

锂空气电池的概念最早由洛克希德公司提出，电解液为碱性水溶液。氧气在空气电极上经历氧还原反应以形成氢氧化物。放电反应方程式为：4Li O22H2O4l ioh(1-1)在放电过程中，Li、H2O和O2被消耗，在Li表面形成一层保护膜，阻碍了电化学反应的快速进行。在开路或低功率状态下，Li的自放电率很高，并伴有Li的腐蚀反应：Li H2OLiOH 1/2H2(1-2)。

在水基电解液中，金属Li极易与水反应，因此对锂离子隔膜的耐水性要求很高，目前还没有商业化的产品。考虑到实用性和安全性，水基锂空气电池并不是最终实际应用的首选。非水电解质体系锂空气电池使用含有可溶性锂盐的有机电解质，其工作原理是基于Li2O3的生成和分解：4 lio 22 li2o(1-3)2 lio 2li2o 3(1-4)。

根据公式1-3，锂空气电池的理论能量密度为5200Wh/kg。在实际应用中，由于氧气来自外部环境，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的报道很少，全固态锂空气电池具有稳定性好、循环性能好、避免形成锂枝等优点，但其较低的电导率、容量和能量密度限制了其发展。

每个电池系统都有自己的优点，但也面临着反应机理和工艺设计的问题。目前对锂空气电池的研究大多采用有机电解液体系。锂空气电池的性能空气电池这是由日本产业技术综合研究所和日本学术振兴会(JSPS)开发的一种新型大容量锂空气电池。

作为新一代大容量电池，理论上可以实现大容量的锂空气电池备受关注。但之前的锂空气电池存在一些问题，如正极中固体反应产物的堆积，阻碍了电解液与空气的接触，导致放电停止。

负极(金属锂)使用有机电解质，正极(空气)使用水性电解质，两个电极之间用固体电解质隔开，防止两种电解质混合。由于固体电解质只通过锂离子，电池的反应可以无障碍地进行。正极的反应产物是水溶性的，不会产生固体物质。实验表明，该电池可连续放电50000mAh/g(单位质量空气电极)。

这项技术对于汽车电池来说很有前景。如果在汽车用支架上更换正极的水电解液，负极的锂金属用暗盒补充，汽车就可以连续行驶，不需要等待充电时间。金属锂可以容易地从用过的含水电解质中提取，并且锂可以重复使用。可以说是一种以锂金属为燃料的新型燃料电池。

目前，锂离子电池已经应用在电动汽车上。为了实现长距离行驶，期待电池的高性能和低成本。但目前的锂离子电池受电池容量限制，很难实现长途行驶。要实现长途行驶，车上必须配备大量的电池，所以就出现了车身价格大幅上涨的问题。

要实现电动汽车的普及，能量密度需要达到目前水平的6 ~ 7倍左右。因此，理论上，能量密度远高于锂离子电池的金属锂空气电池备受关注。由于锂空气电池的阳极以空气中的氧气为活性物质，理论上阳极容量无限大，因此可以实现大容量。

锂空气电池的优缺点锂空气电池的理论比能量为11430 Wh/kg(不含O2重量)，与汽油相近。因此，锂空气电池系统的实际比能量有望达到1700Wh/kg。近十年来，尤其是近几年，锂空气电池得到了广泛的研究，报道了许多重要的实验结果，但最高电池的实际能量密度仅高于锂离子电池。

因此，需要更多的突破性进展来提高电池的能量密度和倍率性能，以供未来的实际应用。

与其他电池相比，锂空气电池具有比能量高、成本低、可充电、环境友好等优点。但对于有机体系，对空气电极、电解质、催化剂有一定的了解，但仍存在一些重要问题，如放电性能、能量效率、催化剂、空气电极设计等，这些都是锂空气电池体系的关键科学问题。这些问题的解决将促进锂空气电池的实际应用。

锂空气电池应用前景分析电池的续航能力可以加强，将真正进入电动车时代。然而，这一幕似乎已经离我们不再遥远：剑桥大学的团队已经在这项技术中解决了一些实际问题，其在电动力学领域的突破可能会大大增加电池容量。

剑桥大学化学教授克莱尔格雷(Claire Gray)和她的团队认为，锂空气电池开发中的技术难点已经被克服。理论上，只有这种电池才能让电动汽车拥有堪比汽油车和柴油车的续航里程，而无需携带庞大笨重的电池组。锂空气电池的能量密度比当前可充电电池中普遍使用的锂离子技术的能量密度高10倍。意味着锂空气电池的存储容量是同体积其他锂电池的10倍。

研究人员表示，剑桥实验室展示的电池系统效率为90%，可以充电2000次。

剑桥大学这种锂空气电池的化学原理其实十分简单。它通过锂和氧结合成过氧化锂实现放电，然后再通过施加电流逆转这一过程而完成充电。而在此之前，由于这种化学上的不稳定，锂空气电池会显示出性能迅速衰退的现象。同时，他们还用石墨烯构造高度多孔、海绵状的碳电极，再加入一些添加剂使电池保持化学稳定，解决了之前容易发生爆炸的问题。

现在正在尽力让电池实现直接用空气就能运行。若是这项技术能从实验室发展到汽车上，那么电动汽车一次充电就足以从伦敦行驶至爱丁堡，而电池的成本和重量仅为当前锂离子电池的五分之一。

不过，剑桥大学方面也表示，这种技术要真正成熟并运用到电动汽车和储电产品中，还需要一段的时间，也许在10年以内就能实现。

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