再谈锂-空气电池：「续航焦虑」的终结者还未走出实验室

有人说过，如果电池技术的发展速度能比得上存储技术，如今满大街都是 Tesla 了。从 1.44MB 软盘到 1TB 的移动硬盘，这个过程只用了 10 年不到；而电池的蓄能水平在过去的半个世纪几乎没有实质的进步。

一位朋友问我，动力电池这个领域有什么好的解决方案吗？我说锂-空气电池算是值得期待的一种，但商业化前景太不明朗了。目前几乎所有堪称能 double 或 triple 电动汽车续航里程的电池技术，都还停留在实验室阶段。

我们就来聊聊这个锂-空气电池，一种据传能量密度要比现役电池高出三倍的蓄电技术，来看看到底是什么阻碍着该技术的实用化进程。

首先明确一个概念，即能量密度，单位是 Wh/kg。不难理解，即每千克电池所承载的电量。当然，本文所涉及的能量密度均指单个电池单元（Cell），而不是整个电池组（Pack）的数据。因为整个电池组除了包含大量的电池单元外，还要计算上外壳、冷却系统、支架等一些列质量，这样一来能量密度会低于电池单元。

目前，动力电池大多采用锂离子电池，即用锂化合物来做正极（通常石墨做负极），相比镍氢电池其能量密度更大，但伴随的问题是稳定性下降。一般来说，锂离子电池的能量密度为 100-250Wh/kg；而汽油的能量密度，则达到了 13,000Wh/kg。

锂-空气电池主要有 4 种类型，分别是质子惰性的、液态、固态以及混合型的。

锂-空气电池概念提出始于上个世纪 70 年代，该技术之所以如此受关注，就是因为它的理论能量密度达到了 11,680Wh/kg，几乎与汽油密度持平。

这是怎么做到的？最主要的原因是，锂-空气电池采用了金属锂做负极，而正极则是空气（氧气）。也就是说，在锂-空气电池这个氧还原反应中，氧化剂直接来自空气，而无需预先存储在电池中。这样就减轻了电池的重量，从而提升了能量密度。

理论上是可行的，但实际应用中存在许多挑战。在美国化学学会（ACS）最新一期的《化学评论》中，美国阿贡国家实验室的研究小组发表了一篇论文，阐述了目前锂-空气电池实用化所面临的最大问题。

现在一个急需克服的障碍是：锂-空气电池中，金属锂非常活跃，尤其是遇到水的时候，所以空气中的湿气腐蚀电池中的阳极锂。这就要求必须要找到一种非氧化性的电解质，以确保锂的稳定性。

还有尚未解决的问题，比如反应产物氧化锂会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断等。

在动力电池的众多解决方案中，锂-空气电池是被证实理论可行，同时在能量密度上接近汽油的一项电池技术，因此也被寄予了很大的希望。如下图，我们能较为直观地看出锂-空气（Li-Air）电池的优势。

相比锌-空气电池、锂-硫电池等新型解决方案，锂-空气电池是最彻底的续航解决方案。但也要注意到，所有这些主流动力电池方案中，只有锂-空气电池被标注为了「R&D」状态。

如果走向了实用化，锂-空气电池目前来看是唯一一个可以与氢燃料电池抗衡的锂离子电池技术。