【干貨】金屬空氣電池基礎(chǔ)知識科普

作為在新一代電子產(chǎn)品、電力交通和電能儲存中應(yīng)用前景廣闊的能源設(shè)備，金屬空氣電池最突出的優(yōu)點即其可以將高能量密度的金屬負極與具備開放結(jié)構(gòu)的活性空氣正極材料相結(jié)合。

制作金屬空氣電池，可選用的原材料比較豐富。目前已經(jīng)取得研究進展的金屬空氣電池主要有鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等。這幾種類型的金屬空氣電池有的已經(jīng)具備大規(guī)模量產(chǎn)的條件，有的還停留在實驗室階段，有的已經(jīng)在電動汽車方面取得良好的應(yīng)用成果，并即將大規(guī)模裝載新能源車輛。

從鋰離子電池說起——金屬空氣電池原理

我們以鋰空氣電池為例來看鋰離子電池和鋰空氣電池有何區(qū)別。

在鋰離子電池中，負極為碳，正極為不同過渡金屬氧化物，如鈷、錳、鐵等。二者均浸潤于溶解有鋰鹽的電解液中。充電時，鋰離子從正極(陰極)移動到負極(陽極)多孔碳上，嵌入碳材料中，外部電流從負極流到正極(電子從正極移動到負極)，形成閉合回路;放電時，鋰離子從負極脫嵌，回歸正極，外部電流從正極流向負極(電子從負極移動到正極)。最終電池的容量大小取決于有多少材料能夠容納鋰離子，即由電極的體積與質(zhì)量決定。

鋰離子電池原理

當(dāng)對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。此時正極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為

同樣道理，當(dāng)對電池進行放電時(即我們使用電池的過程)，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。此時負極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為

不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極 → 負極 → 正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。

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