有人說過，如果電池技術(shù)的發(fā)展速度能比得上存儲技術(shù)，如今滿大街都是Tesla了。從1.44MB軟盤到1TB的移動硬盤，這個過程只用了10年不到；而電池的蓄能水平在過去的半個世紀幾乎沒有實質(zhì)的進步。
一位朋友問我，動力電池這個領(lǐng)域有什么好的解決方案嗎？我說鋰-空氣電池算是值得期待的一種，但商業(yè)化前景太不明朗了。目前幾乎所有堪稱能double或triple電動汽車續(xù)航里程的電池技術(shù)，都還停留在實驗室階段。
我們就來聊聊這個鋰-空氣電池，一種據(jù)傳能量密度要比現(xiàn)役電池高出三倍的蓄電技術(shù)，來看看到底是什么阻礙著該技術(shù)的實用化進程。
首先明確一個概念，即能量密度，單位是Wh/kg。不難理解，即每千克電池所承載的電量。當然，本文所涉及的能量密度均指單個電池單元（Cell），而不是整個電池組（Pack）的數(shù)據(jù)。因為整個電池組除了包含大量的電池單元外，還要計算上外殼、冷卻系統(tǒng)、支架等一些列質(zhì)量，這樣一來能量密度會低于電池單元。
目前，動力電池大多采用鋰離子電池，即用鋰化合物來做正極（通常石墨做負極），相比鎳氫電池其能量密度更大，但伴隨的問題是穩(wěn)定性下降。一般來說，鋰離子電池的能量密度為100-250Wh/kg；而汽油的能量密度，則達到了13,000Wh/kg。
鋰-空氣電池主要有4種類型，分別是質(zhì)子惰性的、液態(tài)、固態(tài)以及混合型的。
鋰-空氣電池概念提出始于上個世紀70年代，該技術(shù)之所以如此受關(guān)注，就是因為它的理論能量密度達到了11,680Wh/kg，幾乎與汽油密度持平。
這是怎么做到的？最主要的原因是，鋰-空氣電池采用了金屬鋰做負極，而正極則是空氣（氧氣）。也就是說，在鋰-空氣電池這個氧還原反應中，氧化劑直接來自空氣，而無需預先存儲在電池中。這樣就減輕了電池的重量，從而提升了能量密度。
理論上是可行的，但實際應用中存在許多挑戰(zhàn)。在美國化學學會（ACS）最新一期的《化學評論》中，美國阿貢國家實驗室的研究小組發(fā)表了一篇論文，闡述了目前鋰-空氣電池實用化所面臨的最大問題。
現(xiàn)在一個急需克服的障礙是：鋰-空氣電池中，金屬鋰非?；钴S，尤其是遇到水的時候，所以空氣中的濕氣腐蝕電池中的陽極鋰。這就要求必須要找到一種非氧化性的電解質(zhì)，以確保鋰的穩(wěn)定性。
還有尚未解決的問題，比如反應產(chǎn)物氧化鋰會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷等。
在動力電池的眾多解決方案中，鋰-空氣電池是被證實理論可行，同時在能量密度上接近汽油的一項電池技術(shù)，因此也被寄予了很大的希望。如下圖，我們能較為直觀地看出鋰-空氣（Li-Air）電池的優(yōu)勢。
相比鋅-空氣電池、鋰-硫電池等新型解決方案，鋰-空氣電池是最徹底的續(xù)航解決方案。但也要注意到，所有這些主流動力電池方案中，只有鋰-空氣電池被標注為了“R&D”狀態(tài)。
如果走向了實用化，鋰-空氣電池目前來看是唯一一個可以與氫燃料電池抗衡的鋰離子電池技術(shù)。
