鋰空氣電池甚至比鋰硫電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢枠O（以多孔碳為主）很輕，正極活性物質(zhì)（氧氣）并不需要儲(chǔ)存在正極而是從環(huán)境中獲取。理論上，由于氧氣作為正極反應(yīng)物沒有物料限制，所以鋰空氣電池的容量?jī)H取決于鋰金屬電極，最吸引研究者眼球的是其比能為5,210Wh/kg（包括氧氣質(zhì)量），或11,140Wh/kg（不包括氧氣），還可折算為40.1兆焦耳/千克，而這一數(shù)據(jù)與汽油的44兆焦耳/千克相差并不多。相對(duì)與其他的金屬-空氣電池，鋰空氣電池具有更高的比能。因此，從比能量的角度來說，它極其具有吸引力。
上世紀(jì)90年代中期，K.M. Abraham與其同事首次論證了可實(shí)際應(yīng)用的非水鋰空氣電池，此款電池使用金屬鋰作為負(fù)極（陽極），使用多孔碳作為正極基底材料，正負(fù)極之間使用凝膠狀電解質(zhì)薄膜同時(shí)作為電池隔膜和離子傳輸媒介，來自于環(huán)境的氧氣通過多孔碳的孔隙進(jìn)入正極區(qū)域，并充當(dāng)正極活性材料的角色。在鋰空氣電池放電過程里，碳基孔洞中的氧氣被消耗掉，產(chǎn)生的放電產(chǎn)物隨之被填充于碳基孔洞中。用于鋰空氣電池的電解質(zhì)材料包括聚丙烯晴（PAN）和聚偏氟乙烯（PVDF）等凝膠狀電解質(zhì)。電解質(zhì)還可以使用有機(jī)溶劑、干燥的有機(jī)聚合物和無極金屬電解質(zhì)。
技術(shù)在線2010年12月22日?qǐng)?bào)道，在日本召開的“第51屆電池研討會(huì)”（2010年11月09日～11日）上，以新一代鋰離子充電電池的正極材料為首，全固態(tài)電池和鋰空氣電池等新一代鋰電池成果的發(fā)表數(shù)量較之上屆會(huì)議出現(xiàn)了明顯的增加。作為新一代鋰電池而開發(fā)活動(dòng)日趨活躍的鋰空氣電池，正極利用大氣中的氧，能量密度按理論值計(jì)算能夠提高到現(xiàn)有鋰電池15倍以上，受到了極大的關(guān)注。不過，由于鋰空氣電池正極的構(gòu)造與燃料電池一樣，需要具備利用催化劑與氧發(fā)生反應(yīng)的構(gòu)造。而且，要想作為充電電池使用，必須還原已經(jīng)在空氣極發(fā)生反應(yīng)的Li2O2等，在實(shí)用化方面還殘留有許多亟待解決的課題。
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所能源技術(shù)研究部門能源界面技術(shù)研究小組組長周豪慎和日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）外籍特別研究員王永剛于2009年02月下旬對(duì)媒體宣布，共同開發(fā)出了新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。這種鋰空氣電池的負(fù)極材料是金屬鋰，浸泡在含有鋰鹽的有機(jī)溶劑電解液中；正極（空氣）方面則使用水性電解液，類似燃料電池的結(jié)構(gòu)，空氣（氧氣）在多孔碳電極內(nèi)的催化劑作用下，與正極的水機(jī)電解液發(fā)生反應(yīng)，在正極形成堿性溶液，完全擺脫原有鋰空氣電池在正極生成鋰氧化物堵塞多孔碳的問題；隔膜使用LISICON（鍺酸鋅鋰）晶片，這是一種固體電解質(zhì)，以防止兩電解液發(fā)生混合。由于固體電解質(zhì)只通過鋰離子，因此電池的反應(yīng)可無阻礙地進(jìn)行。
電池的開路電壓為3V左右，因?yàn)榻鉀Q了正極空氣的攝入問題，所以此種鋰空氣電池的容量非常的大。實(shí)驗(yàn)證明該電池可連續(xù)放電50,000mAh/g（空氣極的單位質(zhì)量），最高數(shù)據(jù)達(dá)到了80,000mAh/g。但是由于LISICON（鍺酸鋅鋰）晶片對(duì)鋰離子的通過性較差（25攝氏度，1×10-4S/cm），得到這樣大的比容量是在500多個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間下完成的，同時(shí)正極區(qū)域還出現(xiàn)了難溶的鋰氫氧化物，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯然對(duì)于電動(dòng)汽車行業(yè)來說沒有什么價(jià)值，但是因?yàn)槠渚哂休^大的理論容量，如果在隔膜材料等方面的技術(shù)上有所突破，在儲(chǔ)能行業(yè)應(yīng)該會(huì)有較好的利用價(jià)值。
基于此，周提出了一個(gè)新概念——鋰燃料電池。如果能在電解液中處理掉難溶的LiOH，并且在負(fù)極鋰金屬耗盡后更換全新的鋰片，這基本上可以說是用金屬鋰作為燃料的新型燃料電池。通俗地說，在汽車用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補(bǔ)充負(fù)極的金屬鋰，如果能做到這些，那么，這種鋰空氣電池（或者說鋰燃料電池）極有可能用于電動(dòng)汽車，汽車可實(shí)現(xiàn)連續(xù)行駛且無需充電等待時(shí)間。周還進(jìn)一步補(bǔ)充，可以從用過的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用。不過，因?yàn)殇嚱饘贋闃O其活性，這種電池的可靠性和安全性從來都是一個(gè)大問題。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所并沒有在這方面提出很好的解決辦法。
日本另一個(gè)值得一提的研發(fā)企業(yè)是豐田汽車。在2009年舉辦的“第50屆電池研討會(huì)”上，豐田聲稱，在把現(xiàn)有鋰電池使用的PC（聚碳酸酯）用做鋰空氣電池電解液溶媒后，試驗(yàn)結(jié)果顯示，鋰空氣電池的正極端不會(huì)析出Li2O2，而是析出來自于電解液溶媒的碳酸鹽（carbonate）類化合物，也不會(huì)發(fā)生理論上的充放電反應(yīng)。因此，豐田當(dāng)時(shí)對(duì)鋰空氣電池的原始反應(yīng)機(jī)理提出了質(zhì)疑。不過，在2010年的“第51屆電池研討會(huì)”上，豐田糾正了自己的看法。它發(fā)布了正極由科琴導(dǎo)電碳黑（Ketjen black）、電解二氧化錳和氟樹脂粉末（PTFE）構(gòu)成，負(fù)極為鋰金屬的鋰空氣電池的試制結(jié)果。結(jié)果顯示，當(dāng)使用離子液體N-甲基-N-丙基哌啶雙三氟甲烷磺酰亞胺（PP13TFSA）作為電解液的溶劑時(shí)，產(chǎn)生了與理論相符的充放電反應(yīng)，在正極側(cè)確認(rèn)到了被視為Li2O2的析出物。
該電池在初次充放電的電壓差方面，PC較大，為1.2V，PP13TFSA的電壓差縮小到了0.75V。PP13TFSA因?yàn)檎扯雀?，所以使用該材料的試?yàn)是在60℃下進(jìn)行的。初次放電后擴(kuò)大觀察正極部分時(shí)，除確認(rèn)到了被視為Li2O2的50nm～100nm左右的析出物之外，在充電時(shí)僅檢測(cè)到了氧氣，由此可以推測(cè)，該電池產(chǎn)生了與理論相符的充放電反應(yīng)。具體試驗(yàn)方式是準(zhǔn)備多個(gè)放電深度為10%～100%不等的單元，觀察其正極，然后對(duì)各單元進(jìn)行充電，再次觀察其正極。經(jīng)確認(rèn)，放電時(shí)在正極表面均勻產(chǎn)生的nm等級(jí)析出物會(huì)在充電時(shí)分解，而放電時(shí)產(chǎn)生的粗大析出物在充電后未分解。由此可知，在今后，通過抑制放電時(shí)粗大析出物的生成，鋰空氣電池的性能有望得到提升。
美國方面在鋰空氣電池方面的研發(fā)也一直在緊張進(jìn)行，但他們對(duì)于成果發(fā)表非常謹(jǐn)慎，不輕易對(duì)外透露相關(guān)信息。據(jù)張杰的了解，美國的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（ANL）在這方面有非常深入的研發(fā)，但在其官方網(wǎng)站上很難找到相關(guān)具體信息。另外一個(gè)國際巨頭IBM也在積極研發(fā)鋰空氣電池。IBM決定投身這項(xiàng)研發(fā)工作是由公司Almaden實(shí)驗(yàn)室納米科學(xué)項(xiàng)目主管Winfried W. Wilcke積極促成的，他領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)聯(lián)盟將制造一種鋰和氧元素結(jié)合的動(dòng)力鋰電池，希望能將目前鋰電池性能提高10倍，充一次電有望驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車500km～800km，同時(shí)，這種新型電池還可以存儲(chǔ)電網(wǎng)中的電力。
IBM表示其在材料科學(xué)，納米科技，化學(xué)以及超級(jí)計(jì)算機(jī)方面深具經(jīng)驗(yàn)，因此公司在新電池的開發(fā)上具有很大優(yōu)勢(shì)。藍(lán)色巨人計(jì)劃利用納米隔膜開發(fā)水純凈系統(tǒng)，以便將空氣中的氧氣與水等物質(zhì)隔離開來。IBM的納米結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)還可以讓它將電池中的氧分配到每個(gè)電池單元中去，由此防止堵塞。超級(jí)計(jì)算機(jī)則可以進(jìn)行建模方面的研究，使單個(gè)原子能夠通過電池中納米隔膜。IBM承認(rèn)這項(xiàng)開發(fā)工作很困難，表示希望能在2011年有初步成果。
有人總結(jié)，今后一段時(shí)間，鋰空氣電池技術(shù)需要解決的問題主要有：防止使用兩種電解液的隔膜慢性滲漏；提高有機(jī)電解液的可使用溫度；找到可取代目前使用的金和白金觸媒劑；更換鋰燃料時(shí)，如何防止水氣侵入引起爆炸；如何循環(huán)未用完的鋰和氫氧化鋰；如何降低循環(huán)氫氧化鋰的能耗。
總體來看，鋰硫電池和鋰空氣電池目前還處在研發(fā)階段，離實(shí)用化還有一段距離，未來5年內(nèi)可能都難以產(chǎn)業(yè)化。關(guān)于這方面，真鋰在線這里就簡(jiǎn)單描述至此。在以后的技術(shù)專輯中，對(duì)于其技術(shù)進(jìn)展的情況，會(huì)有更進(jìn)一步的研究和介紹。
