為什么說鋰空氣電池就是一個忽悠的坑？

概況

鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。

放電過程：陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子（Li+），Li+穿過電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結(jié)合生成氧化鋰（Li2O）或者過氧化鋰（Li2O2），并留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為2.91 V。

鋰空氣電池的性能究竟有多好，是真的靠譜嗎，鋰空氣電池的工作原理究竟是什么？這是一個超大的忽悠坑。鋰電內(nèi)大牛之一Jeff Dahn以不客氣出名（不過這只是針對行內(nèi)老板級人物，他對學(xué)生可很好），把鋰空氣電池批得狗血淋頭， 他因為懂電池，所以每一刀都?xì)⒌街旅μ帲襾硖魩讉€擺擺：

1.鋰空電池那高得嚇人的比容量是純扯淡，因為這是基于Li和O2這種質(zhì)量幾乎無算的物質(zhì)算出來的，你拿一個小小數(shù)當(dāng)分母，當(dāng)然會除出來一個巨大的數(shù)字，這小學(xué)生都會玩。但是電池的真正容量要算就要老老實實算上所有的電極組件（這還不包括把純氧從空氣中分離出來的設(shè)備，或者純氧鋼瓶的質(zhì)量，這些咱下面再說），Jeff Dahn一算，哈哈，并不比LiCoO2高多少。牛皮被徹底踢爆。

君不見后來蘇格蘭那位壞了名聲的鋰空“大?！币仓缓门づつ竽蟮匕袮u電極的質(zhì)量也算進(jìn)去了，Au有多重多貴，做電池是給土豪專用的嗎？（不過人家依然發(fā)在Science上，不服不行），結(jié)果容量現(xiàn)在捏去了水分就只有500多了（用了Au你還想要多少）。

2.鋰空還是鋰-純氧？這是兩個巨大不同的概念。鋰空概念股忽悠的是可以用免費的空氣實現(xiàn)巨大的容量，這簡直就是另一個神奇的水變油！但事實是必須用純氧，你不知道氮氣也會和鋰反應(yīng)吧，而且是不可逆的，那么空氣中多少氮氣?。克宰鲣嚳盏娜舜竽X會自動過濾去”如何有效可靠地從空氣中分離出純氧“這個問題，這是一個一直以來極其具有挑戰(zhàn)性的問題，如果可以實現(xiàn)非常高效低成本地從空氣中分離出純氧，那么很多能源問題就解決了，還費勁地搞什么電池？

對了，由于鋰空體系出了名的活潑（等下講），一般必須用高純氧，一般純氧里面有點點水啊什么的，那你就等著和鋰電極或電解液反應(yīng)吧。想象一下以后汽車上載一個高純氧的大鋼瓶，這是在做火箭嗎？

3. IBM當(dāng)年不知道被哪個作孽的給忽悠了，砸了一堆錢在鋰空項目上。但是后來整個項目被全部連根鏟掉，那個領(lǐng)頭的去了伯克利當(dāng)發(fā)考題。其實IBM還是真正的業(yè)界良心，人家靜下心來好好研究了一番，結(jié)果最終發(fā)現(xiàn)----是誰把我們帶到這個遭瘟的大坑里來了。

事實是，這個體系比以前想象的要復(fù)雜太多，太多副反應(yīng)，Li2O2、電極、電解液之間都有復(fù)雜的副反應(yīng)，尤其是充電的過程，理應(yīng)釋放出O2，但是IBM測了很多不同電解液和電極體系發(fā)現(xiàn)很多其實并不是原來聲稱的那樣。很多原來發(fā)表的文章現(xiàn)在看來其實都是電解液的副反應(yīng)，錯得離譜！那一堆堆的文章，很多人大名都署在上面，比

如蘇格蘭的那位，本來是業(yè)界大牛，結(jié)果一不小心老了老了晚節(jié)不保了。雖然大家相信這都是“誠實的錯誤”不是學(xué)術(shù)腐敗，但不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿弊哟蠹倚睦镌缇徒o老人家戴上了。確實很匪夷所思，那時鋰空吹得那么火，文章發(fā)的一堆堆，為什么就沒有人稍微看一看究竟電極反應(yīng)的產(chǎn)物是什么呢？只要照一個紅外，大學(xué)本科生都能做，就能看到那一堆電解液副反應(yīng)的產(chǎn)物（如碳酸鹽）。結(jié)果大家竟然都想當(dāng)然地以為就是應(yīng)該像想象中的反應(yīng)一樣進(jìn)行，這是什么鬼科研思維。

后來蘇格蘭的那位還在發(fā)，去年還有篇Nature Chem，用TTF做redox mediator，說是可以解決充電過程中overpotential的問題（他們竟然用的是眾所周知對鋰不穩(wěn)定的DMSO作為電解液），當(dāng)然，大家都重復(fù)不出來他的結(jié)果。我和IBM那個被忽悠后去伯克利當(dāng)發(fā)考題的大哥聊了一次，發(fā)現(xiàn)他們在被IBM砍掉前也重復(fù)過了，結(jié)果也郁悶地發(fā)現(xiàn)用TTF甚至比不用釋放的氧氣還少，證明TTF也在參與副反應(yīng)，然后他們就沒有然后了。我說我們其實也聽說加了TTF電解液顏色都變了，然后我們默默無言以對。。。我們在對方眼中都看到了一千批駝羊同時飛過。

所以現(xiàn)在新興一個奇葩鋰空方向是來給鋰空電池系統(tǒng)找各種奇葩缺陷，這種“找錯誤”的游戲也竟然發(fā)了不少文章那！很多文章還確實不錯，各種技術(shù)手段用起來一測，哈，發(fā)現(xiàn)這個鋰空可真有意思，什么副反應(yīng)都有。不過這些文章最起碼更靠譜一些，能給不知水深水淺的菜鳥們提個醒，別一不小心掉到坑里。

掉到這個坑里最著名的人是前DOE掌門人Steven 朱，人家是搞物理的，作為拿過諾獎的大牛，不知被哪個缺德的給忽悠了，有一陣子天天吹鋰空（直聽得下面一堆做電池的行內(nèi)人一身汗加一身汗）。不過還算被勸得快，后來不怎么太提了。

4.鋰負(fù)極的問題，所有鋰空的概念如果可行的話，都要基于鋰金屬可以作為負(fù)極材料。但是鋰金屬做負(fù)極早在20年前就被工業(yè)界拋棄了，因為有枝晶生長造成短路讓電池變?nèi)紵龔椀目赡堋，F(xiàn)在為了炒鋰空概念又倒回去了，所以Jeff Dahn 說：Am I a dinosaur? 鋰負(fù)極的問題不解決，鋰空根本不能用。

反之，如果鋰負(fù)極的問題解決了，鋰空就能用了嗎？未必，分離純氧、一堆副反應(yīng)還等著你呢。再說如果鋰負(fù)極問題解決了，那么很多現(xiàn)在的鋰離子電池就可以直接換裝鋰負(fù)極，性能會大大提高，為啥要弄你那個又不可靠又要背氧氣瓶的鋰空呢？