支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
研究人员预测，一种正在开发中的新型锂电池可能会为电动汽车提供足够的动力，使其在再次充电前行驶惊人的 800 公里——大约是当今锂离子电池能量供应的 10 倍。 这是一个诱人的前景——为下一代汽车提供更轻、更持久、吸空气的动力源——如果有人能够制造出可用的模型。 然而，锂空气电池与开放道路之间存在一些障碍，主要是在寻找足够稳定的电极和电解质以用于可充电电池化学。
IBM 计划通过在明年年底前构建一个可用的原型，使锂空气电池摆脱困境。 该公司周五宣布，它已通过增加两家日本技术公司——化学制造商旭化成株式会社和电解液制造商中央硝子——来加强开发工作，加入IBM Battery 500 项目，这是一个 IBM 于 2009 年建立的联盟，旨在加速汽车制造商及其客户从汽油动力汽车转向电动汽车。
当今电动汽车中使用的锂离子电池依赖于金属氧化物或金属磷酸盐（通常是钴、锰或铁基材料）正极作为正极，碳基负极作为负极，以及电解质来传导锂离子从一个电极到另一个电极。 当汽车行驶时，锂离子通过电解质和隔膜从负极流向正极。 电池充电会逆转离子流的方向。
如今，大多数充满电的锂离子汽车电池只能让电动汽车行驶 160 公里，然后就会耗尽电量。（日产表示，其全电动 Leaf 的续航里程约为 175 公里。）插电式电动汽车（如雪佛兰 Volt）的续航里程甚至更有限，最多 80 公里，之后其汽油发动机必须启动。
锂空气电池的具体工作原理仍在确定中，但总体原则是，在电动汽车行驶时从空气中收集氧气，而不是使用重金属氧化物。 氧分子与多孔碳正极表面的锂离子和电子反应，形成过氧化锂。 放电过程中形成的过氧化锂会产生电流，为汽车的电机供电。 充电时，会发生逆反应——氧气释放回大气中。 同时，负极由最轻的金属锂制成。 由于无需重金属，电池将轻数倍，同时能够比锂离子同类产品存储更多能量。
虽然这在计算机模拟中可行，但锂空气电池在实践中有特定的要求，科学家们仍在努力满足这些要求。 Battery 500 项目的首席研究员温弗里德·威尔克说：“我们在项目的早期就发现，目前锂离子电池中使用的电解质不适用于锂空气电池，因为锂空气电池中的氧气会攻击并破坏电解质，使其无法导电。” 他补充说，一种解决方案是使用两种不同的电解质，一种用于正极，另一种用于负极，中间用隔膜隔开，以防止它们混合。
这就是 IBM 的新合作伙伴发挥作用的地方。 旭化成将开发一种电池可以使用的隔膜，以分离其电解质，同时允许锂离子从负极传递到正极。 中央硝子将创建一类新的电解质和高性能添加剂，专门用于提高锂空气电池的性能。
衡量锂空气电池潜力的另一种方法是将其与其他电池在比能量方面进行比较，即其单位重量产生的能量。 传统的铅酸汽车电池每公斤最多可产生 40 瓦时，而锂离子电池最多可产生 250 瓦时。 锂空气电池的潜在能量远超每公斤 1400 瓦时。 威尔克说：“我的目标是每公斤 1000 瓦时，但在我们构建更大的原型之前，我们不会有能量密度的真实数字。”
在开发锂空气电池方面，Battery 500 项目并非唯一的参与者。 麻省理工学院的研究人员正在开发具有碳纳米纤维电极的锂空气电池。 此外，密苏里科技大学化学与生物工程副教授 邢阳川 去年获得了高级研究计划署能源部 (ARPA–E) 120 万美元的奖励，用于开发锂空气电池。
威尔克估计，锂空气电池最早可能在 2020 年投入生产，“如果我们一路走来没有发现任何阻碍性技术的话。” 他补充说：“我唯一确定的是，这十年内不会发生。”