空气电池是化学电池的一种，其构造原理与干电池相似，下面我们一起来看看各种空气电池原理。

各种空气电池原理。

铝空气电池的工作原理

铝-空气电池的化学反应与锌-空气电池相似。铝-空气电池以高纯铝Al(含铝99.99%)为负极，氧气为正极，氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解液。铝吸收空气中的氧气，电池放电时产生化学反应，铝和氧气转化为氧化铝。铝空气电池的发展非常迅速，在电动汽车上的应用取得了良好的效果。是很有前途的空气电池。

铝空气电池的结构特点

在单电池中，铝(Al)用作负电极，氧用作正电极。铝-空气电池两侧有一对辅助空气电极。作为铝-空气电池的正极，在操作过程中仅消耗铝和少量水。

铝空气电池的优点

大于能量

铝空气电池理论比能可达8100Wh/kg，2014年铝空气电池实际比能仅达350Wh/kg，是铅酸电池的7-8倍，镍氢电池的5.8倍，锂电池的2.3倍。使用铝空气电池后，车辆的行驶里程可以明显提高。根据国外相关数据，美国加州使用铝空气电池的电动车行驶里程为1600km。

轻质

我国开发研制的牵引动力铅酸蓄电池总能量和质量分别为13.5千瓦小时和375公斤。而同等能量的铝空气电池总质量只有45kg，是铅酸电池质量的12%。由于电池质量大大降低，车辆的维修质量也降低，这可以增加车辆的装载能量或延长行驶里程。

铝无毒也不危险

铝不会对人体造成伤害，可以回收利用，不会污染环境。铝原料丰富，有大型炼铝厂，生产成本低。铝回收再生方便，回收再生成本也低。而且可以采用更换铝电极的方法来解决铝空气电池充电慢的问题。

铝空气电池虽然含有较高的比能量，但比功率低、充放电速度慢、电压滞后、自放电率高，因此需要采用热管理系统来防止铝空气电池在运行过程中过热。

元素周期表中的第三种金属锂，在碱金属中似乎只是一种普通的金属，但它的用途并不那么普通。首先，它是最轻的金属。锂投入水中，会像软木塞一样浮在水面上，密度只有水的一半；其次，锂已经出现在几个前沿领域。锂是氢弹的原料。中国第一批氢弹使用氢化锂和氘化锂作为炸药。一公斤氘化锂的爆炸能力相当于5万吨烈性TNT；高氯酸锂和硝酸锂是火箭燃料的有效氧化剂。氢氧化锂有一种特殊的味道，是制造汽水的原料。对人类来说，最重要和最有价值的应用是锂是负电位最大的金属，这使得它成为电池负极的最佳选择，促进了锂离子电池的发现。到目前为止，锂离子电池的发展极大地改变了人类对传统化学电源的印象。重量轻、体积小、电池寿命长的优点使得手机、相机、笔记本电脑等便携式电子设备发展迅速。可以说，锂离子电池的发现彻底改变了传统的交流、休闲、娱乐甚至商务会议的观念，使其不再局限于时间和地点，而是更加省时、省力、随意。

而目前商用的锂离子电池主要是基于LiCoO2等锂离子插层化合物的摇椅机制，负极材料成为锂离子电池能量密度的极限。要减少二氧化碳的排放，解决全球变暖，不可能只改革便携式电子设备的电源，因为二氧化碳排放的主要原因是道路车辆使用的化石燃料的燃烧，所以发展电动汽车是最直接的解决方案。但要实现纯电动汽车，电化学电源需要完全替代汽油，即汽油的能量密度达到13000Wh/Kg，而锂离子电池由于正极材料和摇椅机构的限制，极限能量密度只能达到400Wh/Kg。因此，锂离子电池难以肩负重任，寻找新的电化学供电方式势在必行。

图3锂空气电池示意图

锂空气电池的研究应运而生。其原理如图1所示。金属锂用作负极，由碳基材料组成的多孔电极用作正极。在放电过程中，金属锂在负极失去电池，变成锂离子。电子通过外部电路到达多孔正极。令人惊讶的是，电子并没有减少多孔电极上的碳，而是像人类呼吸一样减少了空气中的氧气。这个反应继续，电池可以给负载提供能量。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阳极氧化，氧气再次释放，而锂离子在阴极还原为金属锂。当该过程完成时，电池可以再次向负载提供能量。由此可见，锂空气电池的呼吸是不寻常的，不像植物的光合作用，消耗空气中的二氧化碳产生氧气，也不像人类的呼吸，吸入氧气产生二氧化碳，它吸入氧气，但氧气在充电过程中又被释放出来，整个过程不产生有害物质，是一个零污染的绿色过程。

此外，锂空气电池的另一个主要优点是正极的活性物质氧直接来自环境空气，因此取之不尽，不需要储存在电池中，不仅降低了成本，而且减轻了电池的重量，因此电池的能量密度完全取决于锂侧。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，与汽油相当，因此有望完全替代汽油，真正实现纯电动汽车。

目前，全球已有数千个研究单位从事锂空气电池的研究。通过研究人员的不懈努力，预计这种呼吸绿色电池在不久的将来能够真正应用于电动汽车，从而为人类的可持续发展做出贡献。