关于锂空气电池类型及工作原理介绍
来源：宝鄂实业
2019-07-17 10:24
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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，按电解质体系主要分为有机电解液体(非水性电解液体系)、水性电解液体系、混合电解液体系和全固态电解质体系。
不同电解液体系锂空气电池
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5200 Wh/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11430 Wh/kg。
目前对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、避免形成锂枝等优点，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，同时也都面临着反应机理和工艺设计的难题。目前对于锂空气电池的研究大多数是采用有机电解液体系。
目前常用的锂空气电池系统主要分三种类型，a) Coin-Cell 型、b) Swagelok型和c) Pouch型，如下图所示。因为目前大多数都是关于材料、电解液等单方面的研究， Coin-Cell 型、Swagelok 型因为简单的设计，良好的稳定性等优点，也是大多数研究机构采用的系统，而采用Pouch型的研究很少。但高比能量的电池是未来锂空气电池能够实际应用的重要目标，所以对于Pouch型的研究将对未来锂空气电池起到关键作用。
目前，锂空气电池面临的挑战主要来自电解质、空气电极和催化剂三个方面。目前采用的电解液包括传统酯类、醚类、砜类、离子液体等，但均存在不同程度的高电位充电下变质的问题；空气电极主要面临电极材料的选择及电极结构设计问题；而催化剂则面临着催化效率的问题。所以，锂空气电池领域的研究进展电可以从电解液、空气电极和催化剂材料的发展情况来观察。
