金属空气电池的技术发展水平，瓶颈以及市场前景如何？

铝空气电池，快速换电可以解决电动车充电速度的问题。技术成熟后有可能应用在可换电 电动汽车上，应该比氢燃料电池便宜。

铝空气电池作为非充电电池，早在20世纪60年代便已问世，并具有非常高的能量密度。铝空气电池由催化空气阴极、电解质和金属铝阳极组成。

一个铝氧化成铝离子，释放3个电子，比锂强。按照电能/体积-重量计算，能量密度比锂电高。但是氧化成氧化铝后体积会膨胀，密度会降低。如果压实氧化铝，铝接触不到氧气，反应速率会下降。（理论比能量可达8100Wh/kg，仅次于锂-空气电池的13.0千瓦时/千克，2014年的铝空气电池的实际比能量只达到350Wh/kg，仍然是锂电池的2倍。）

特斯拉的专利技术也在瞄准金属空气电池，该专利描述了此电池组由锂离子和金属空气电池（lithium-ion and metal-air）组成，充一次电可以让汽车行驶距离达400英里（约合650公里）。特斯拉的“增程混合动力电池组系统”包含标准的锂离子电池组、控制器和常规电动机，还另配有一个金属空气化学电池组。锂离子电池组直接给车供电，金属空气电池组为锂离子电池组提供电能。在特斯拉的专利设计中，金属空气电池组基本上取代了增程式内燃机。

以色列Phinergy公司开发出的铝-空气电池的空气阴极配备有专用的银基催化剂，其采用了独特的创新结构，该结构可以使氧气顺利通过，而可以将二氧化碳阻隔在外。通过该创新结构，Phinergy铝-空气电池的空气阴极可以有效避免碱在正极的碳化问题，其工作寿命也因此可以达到数千小时。铝的氧化反应在铝暴露在空气中时会自然发生，表面的氧化铝会阻止深层的铝继续发生反应，新电池采用的新技术则包含了电解质（KOH溶液？）可溶解表面氧化层，使反应持续进行。

使能量密度达到现有任何电池的三倍，研究显示金属催化物在提高电池效率上起到重要作用。

该校机械工程和材料科学与工程副教授YangShao-Horn表示，许多研究团队如今正致力于锂-空气电池的研究，但目前还缺乏对何种电极材料能够促进电池内部电化学反应发生的理解。Shao-Horn和其团队成员在4月1日出版的《电化学与固态快报》上报道了其研究成果，在锂-空气电池中使用金或铂金电极作为催化剂具有比单一碳电极高得多的反应活性和效率。此外，这项研究也为进一步研究寻找更佳的电极材料，如金和铂金或其他金属的合金材料或金属氧化物材料以及减少使用昂贵材料奠定基础。

论文的第一作者、博士生Yi-ChunLu指出，研究团队开发了一种分析电池中不同催化剂活性的方法，现在可以基于这项研究来试验多种可能的材料，以确定控制催化剂活性的物理特性，最终能够预测催化剂的反应活动。

锂-空气电池原理与锂离子电池类似，而后者目前是便携式电子产品使用的主要电源，而且在电动汽车电源的竞争中也占据了领先地位。但由于锂-空气电池使用了碳基空气电极和空气流替代锂离子电池较重的传统部件，因此电池质量更轻，这也使得包括IBM和通用汽车等大企业纷纷投身于锂-空气电池技术的开发当中。

但锂-空气电池在成为可商用化产品之前还有一系列的问题需要解决，其中最大的问题是如何确保在经过了许多次的充放电过程后仍能保持其电力水平，可用在电动汽车或电子产品中。研究人员还需要详细研究充放电过程的化学问题，如产生了那些化合物，在哪里产生，以及它们之间如何相互反应等。Shao-Horn坦承，目前这方面的研究还处于初级阶段，部分企业将锂-空气电池研究视之为10年期的研发项目，但这是一个非常有前景的领域，如果能够克服许多科学和工程挑战，真正实现能量密度达到目前锂离子电池的两到三倍，将能够首先应用在便携式电子产品如笔记本电脑和手机上，降低成本后更可作为电动汽车电源。

该项研究受到美国能源部的资助，MartinFamilySocietyofFellowsforSustainability和美国国家科学基金会也给予了支持。

根据《日刊工业新闻》报道，日本旭化成株式会社和Central硝子株式会社两家企业正式参加美国IBMAlmaden Reseach Center正在进行的锂空气电池研究项目。

按照该项目研究分工，旭化成将利用其掌握的先进膜技术，负责开发重要的有关膜部件；Central硝子负责开发新型电解液和高性能添加剂。研究小组计划到2020年实现锂空气电池的大量生产和推广应用。