作者：鹿燕 

空气，这一大自然赐与人类的最珍贵的礼物，像一位慈祥的母亲，无私的供给给植物，动物和人类呼吸所需要的气体，从而才有了我们植物动物和人类共同繁荣的今天。但人类肆无忌惮的对大自然的征服和改造也正在慢慢的让这位慈祥的母亲不堪重负。暂且不说一根根来自各种工厂的冒着各种颜色废气的大烟囱严重污染着我们人类赖以生存的空气，就各种能源消耗设备的发展所造成的化石能源的燃烧，不仅造成了能源危机，由此排放出的大量的温室气体二氧化碳更是造成了全球变暖，冰川融化，海平面上升，人类生存的陆地面积越来越少，各种自然灾害不断增加，这些都成为人类生存和发展的巨大威胁，能源转型迫在眉睫。

图1空气下的绿色生命　 　　　　　　　图2锂离子电池原理示意图

锂，元素周期表中排在第三位的金属，似乎只是碱金属中平凡的一种，但它的用途确并不是那么的平凡。首先，它是最轻的金属，把锂扔到水里，它会像软木塞一样漂浮在水面上，它的密度只有水的一半；其次锂在几个尖端领域早已崭露头角，锂是氢弹的原料，我国第一颗氢弹就是用氢化锂和氘化锂作炸药的，一公斤氘化锂的爆炸能力相当于五万吨烈性TNT；高氯酸锂、硝酸锂是火箭燃料的高效氧化剂；氢氧化锂有特殊的香味，是制造汽水的原料。而它最重要也是对人类最有价值的应用莫过于金属锂是电势最负的金属，从而成为电池中负极的最佳选择，促进了锂离子电池的发现。锂离子电池发展至今，已经大大的改变了人类对传统化学电源的印象，质量轻，体积小，续航时间长等优点都使便携式电子设备，如手机，相机，笔记本电脑迅速发展，可以说锂离子电池的发现已经完全改变了传统的通讯，休闲，娱乐甚至商务会议的概念，使之不再局限于时间地点，更加省时，省力，随心所欲。

但目前商业化的锂离子电池主要还是基于LiCoO2等锂离子嵌层化合物的摇椅机理，正极材料成为锂离子电池能量密度的限制，而要减少二氧化碳的排放，解决全球变暖，仅靠便携电子设备的电源改革是不行的，因为造成二氧化碳排放的原因主要是道路交通工具所使用的化石燃料的燃烧，因此发展电动汽车才是最直接的解决办法。但要实现纯的电动汽车，电化学电源需要完全代替汽油，即达到汽油的13000Wh/Kg的能量密度，而锂离子电池由于正极材料和摇椅机理的限制极限能量密度只能达到400Wh/Kg，所以，锂离子电池难当重任，寻找新的电化学电源途径势在必行。

图3 锂空气电池原理示意图

锂空气电池的研究应运而生，它的原理如图1所示，以金属锂为负极，由碳基材料组成的多孔电极为正极，放电过程中，金属锂在负极失去电池成为锂离子，电子通过外电路到达多孔正极，神奇的是电子并没有将多孔电极上的碳还原，而是像人类的呼吸一样，将空气中的氧气还原，这一反应持续进行，电池便可以向负载提供能量。充电过程正好相反，在充电电压的作用下，放电过程中产生的放电产物首先在多孔正极被氧化，重新放出氧气，锂离子则在负极被还原成金属锂，待该过程进行完全，则电池又可重新向负载提供能量。由此可见，锂空气电池的呼吸不同寻常，既不像植物的光合作用消耗空气中的二氧化碳产生氧气，又不像人类的呼吸作用吸入氧气产生二氧化碳，它吸入的是氧气，但氧气在充电过程又再次放出，并且整个过程中不会产生对环境有害的物质，完全是零污染的绿色过程。

另外，锂空气电池的另一个重大优势就是正极的活性物质氧气是直接来源于周围空气，因而是取之不尽用之不竭的，并且不需要储存在电池内部，这样既降低了成本又减轻了电池的重量，所以电池的能量密度完全取决于金属锂一侧。通过理论计算可以得出，锂空气电池的能量密度可以达到13200Wh/Kg的超高理论能量密度，这一能量密度足以和汽油相媲美，从而有望完全代替汽油，真正实现纯电动汽车。

目前全球已经有上千个研究单位在从事锂空气电池方面的研究，经过科研人员不懈的努力，期望在不久的将来这一会呼吸的绿色电池可以真正的实现在电动汽车方面的应用，从而为人类的可持续发展做出贡献。