除了這個(gè)問題之外，我們對(duì)于鋰-空氣電池的各個(gè)組件都有了一些關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)：

　　1.正極

　　與傳統(tǒng)鋰離子電池中的由石墨制成的正極不同，鋰-空氣電池中，含有鋰的正極在充電過程中表面會(huì)發(fā)生一些變化，長出一些類似于苔蘚或者樹狀結(jié)構(gòu)，稱之為樹突（Dendrite）。這些樹突是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)樗麄兡軌蛟谡?fù)極之間形成導(dǎo)電回路從而產(chǎn)生短路現(xiàn)象。

　　△鋰-空氣電池正極，在數(shù)十循環(huán)之后，表面產(chǎn)生樹突結(jié)構(gòu)

　　為了減少樹突的產(chǎn)生，我們使用了一種比較特殊的隔離膜。這種隔離膜由一層包含很多納米級(jí)小孔的材料組成，這些小孔足夠小，并且在膜上均勻分布，能夠允許鋰離子通過，并且壓制樹突的產(chǎn)生。因?yàn)檫@套隔離膜的存在，正極能夠在幾百次充電循環(huán)之后，表面仍然保持平滑。而如果使用傳統(tǒng)的隔離膜，幾次循環(huán)之后就會(huì)產(chǎn)生樹突。如果使用一種含有導(dǎo)電離子的玻璃聚合物，效果會(huì)更好一些。

　　△鋰-空氣電池正極，使用納米隔離膜之后，表面保持平滑

　　2.電解液

　　目前使用的電解液依然會(huì)與氧氣或者充放電循環(huán)中產(chǎn)生的其他化合物發(fā)生反應(yīng)，從而被消耗。截止到目前為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)哪種溶劑能夠足夠穩(wěn)定，以便于讓鋰-空氣電池能夠進(jìn)入到商業(yè)化的階段。

　　3.陰極

　　在充電過程中，鋰離子可能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生硝酸鋰。硝酸鋰同樣會(huì)與電解液發(fā)生反應(yīng)，消耗電解液并產(chǎn)生二氧化碳。我們?cè)谠囼?yàn)中，同樣跟蹤了硝酸鋰的產(chǎn)生量，并采取了一些措施減少它的產(chǎn)生。不過，因?yàn)橐笸饧拥某潆婋妷罕仨毐入姵氐墓ぷ麟妷阂叱鲋辽?00mV以上。過壓會(huì)降低電池的充電效率。我們?cè)囘^將碳換成其他一些金屬氧化物，結(jié)果并沒有太大變化。

　　4.催化劑

　　關(guān)于是否要在金屬空氣電池中使用催化劑，贊成者與反對(duì)者已經(jīng)展開了很多次的辯論。使用催化劑能夠明顯減少過壓情況的出現(xiàn)，但是同樣催化劑通常也會(huì)加速電解液的消耗。在我們的理論研究中發(fā)生，鋰的氧化和還原反應(yīng)中，活化能是很低的，因而，在鋰-空氣電池中，催化劑并非必須。

　　5.空氣的制備

　　雖然電池被叫做鋰空氣電池，但是實(shí)際上我們使用的是干氧。強(qiáng)調(diào)「干」是因?yàn)橹恍枰サ艨諝庵械乃魵馀c二氧化碳的成分即可。而要在商業(yè)化的電池中大批量制備這樣的空氣，那么就需要一套足夠輕便高效穩(wěn)定的空氣凈化系統(tǒng)。從這個(gè)角度考慮，鋰-空氣電池的實(shí)際應(yīng)用最早可能是在公交車、卡車以及其他一些大型車上，只有這些大型車才能夠容納空氣凈化設(shè)備。

　　現(xiàn)在用于試驗(yàn)的電池單元尺寸還很小，直徑76mm、長13mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用在電動(dòng)車的標(biāo)準(zhǔn)。所以還需要做的一項(xiàng)很重要的工作就是如何制作更大尺寸的電池單元，并將眾多電池單元打包封裝成一個(gè)電池組，再配上一套電池管理系統(tǒng)。我們也在測(cè)試一些不同的尺寸，比如100×100mm的（100mm直徑，100mm長）。

　　目前這一項(xiàng)目依然停留在最初的關(guān)于材料和化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)階段，好在得到的研究結(jié)果是積極的。在我們的研究中，現(xiàn)在能夠達(dá)到的能量密度是鋰的氧化還原反應(yīng)15KWh/kg（使用原碳陰極，5700mAh×2.7V/g），到電池單元中的能量密度大概在800Wh/kg。

　　鈉-空氣電池：能量密度低，但勝在穩(wěn)定

　　金屬-空氣電池中，能夠使用的金屬有很多，除了鋰之外，還有鈉和鉀等。這些金屬的逆向反應(yīng)更加容易，而相對(duì)來說更重一些的金屬，比如鎂、鋁、鋅、鐵等已經(jīng)被證實(shí)，很難實(shí)現(xiàn)再度充電，所以Battery 500項(xiàng)目最終選擇了研究鋰和鈉兩種金屬。

　　鈉-空氣電池是另外一種很有意思的組合，雖然相比于鋰-空氣電池來說，可能達(dá)到的能量密度更低，但是它的好處在于更加穩(wěn)定。

　　之所以能量密度較低，是在于產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)不同。前面提到在鋰-空氣電池中，鋰與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的是過氧化鋰（Li2O2），但是鈉-空氣電池中，鈉與氧氣反應(yīng)只使用了一個(gè)電子，產(chǎn)生的是超氧化鈉NaO2，而不是過氧化鈉Na2O2。相比較而言，鈉-空氣電池能夠產(chǎn)生的能量密度從理論上來說就減少了一半，理論的能量密度上限是1100wh/kg。

　　但從另外一個(gè)方面來說，鈉-空氣電池的充電效率要比鋰-空氣電池更高，過壓相當(dāng)?shù)停€不到20mV（鋰為700mV）。有鑒于此，能夠?qū)㈦姵貑卧墓ぷ麟妷航档偷?V，這樣電池內(nèi)部其他組件的自我消耗能夠降低很多，比如說電解液。我們通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)量，并得到了驗(yàn)證。這樣的好處在于電池的穩(wěn)定性相當(dāng)高，在50次充放電循環(huán)之后，電池的容量幾乎沒有改變。

　　鈉 -空氣電池的商用同樣存在一些挑戰(zhàn)。比如，鈉-空氣電池在發(fā)生反應(yīng)時(shí)消耗掉的氧氣是鋰-空氣電池中的兩倍，相當(dāng)于能夠產(chǎn)生同樣功率的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的空氣量。另外，鈉金屬的化學(xué)活性相當(dāng)高，想必很多人都記得在高中課堂上化學(xué)老師做的演示，一小塊鈉扔進(jìn)水里，就會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。

　　不過，鋰是一種稀有金屬，而且并不便宜。但是鈉卻是常見金屬，成本極低。相同尺寸的鈉-空氣電池中材料的成本還不到鋰-空氣電池中的十分之一。雖然從長遠(yuǎn)角度考慮，鋰-空氣 電池將會(huì)有更好的性能，但是綜合考慮穩(wěn)定性與成本，比能量同樣不低的鈉-空氣電池將會(huì)是從現(xiàn)在的電池到未來的更好選擇。