除了這個(gè)問(wèn)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(guò)程中表面會(huì)發(fā)生一些變化，長(zhǎng)出一些類似于苔蘚或者樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，稱之為樹(shù)突（Dendrite）。這些樹(shù)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(shù)突結(jié)構(gòu)

為了減少樹(shù)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(guò)，并且壓制樹(shù)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(shù)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(méi)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(guò)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(guò)，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(guò)壓會(huì)降低電池的充電效率。我們?cè)囘^(guò)將碳換成其他一些金屬氧化物，結(jié)果并沒(méi)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(kāi)了很多次的辯論。使用催化劑能夠明顯減少過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)）。

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(lái)說(shuō)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。