近日，工业和信息化部装备工业发展中心党委书记、副主任柳新岩在2025新能源电池产业发展大会上提出系统布局新型材料体系、全固态电池、金属空气电池等新一代电池研发工作，加速新技术的落地转化和产业化进程。
金属空气电池（metal-air cell）是1993年全国科学技术名词审定委员会审定发布的电子学名词，指利用锌、镁、铝等金属与氧气反应发电的新型电池，具有蓄电量高（理论能量密度为锂离子电池6-10倍）、成本低廉及使用安全等特点。其工作原理为负极金属释放电子并通过外电路传输至正极与氧气结合，电解质多采用水溶液或海水，其中正极由气体扩散层、催化剂层、集流体层组成，按负极金属可分为锌空气电池、镁空气电池和铝空气电池等类型。该电池最早于1878年提出概念，1932年锌空气电池首次应用于助听器。2015年加拿大滑铁卢大学团队将锌空气电池蓄电量提升40%，2023年西澳伊迪斯科文大学实现锌空气电池寿命超950小时 ，同年清华大学张强团队研发的双功能催化剂创ΔE=0.57 V活性纪录并成功应用于安时级锌空气电池。铝空气电池方面，天津大学团队突破放电副反应问题，能量密度达900Wh/kg；镁空气电池由重庆大学研发能量密度达铅酸电池20倍。主要应用于电动车（续航超1000公里）、应急电源及边远地区供电，但存在析氢副反应、电极寿命短及正极氧气获取速度慢等技术瓶颈。金属空气电池是一种具有极高理论能量密度的电化学电源，被广泛认为是下一代储能技术的有力竞争者，尤其在电动汽车和长时储能领域具有巨大潜力。①高能量密度：由于使用大气中充足的氧气作为阴极活性物质，金属空气电池比其他类型的电池更具能量密度，因此可以提供更长的续航里程；②环境友好：金属空气电池的废弃物为金属氧化物和水，无毒无害，对环境也不会产生危害；③安全性高：金属空气电池不存在易燃、易爆等安全隐患，相对较为安全可靠；④成本低廉：由于其底层技术成熟，且无需昂贵的金属资源，金属空气电池成本相对较低。铝空气电池以高纯度铝（含铝99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池是一种能量密度高、性能优越、无污染的新型电池，相比于铅酸、镍氢、锂离子电池，它具有“能量密度高、使用寿命长、环保无污染”的优点。铝空气电池存在“比功率较低、充放电较慢、自放电率较高”等技术问题有待完善。锌空气电池使用锌作为负极，空气中的氧气作为正极活性物质，通过锌与氧气的化学反应来产生电能。放电时，锌负极失去电子，被氧化，生成氧化锌，正极氧气吸收来自负极的电子，被还原，生成氢氧根离子。在实际生活中，小微型锌空气电池已经是非常成熟的产品。计算器、电子手表等小型电子消费品都有锌空气电池的版本，特定产品如助听器用的基本都是锌空气电池，电荷量在200-500 mA·h，比同体积的锌锰电池大3倍以上。在体积比能量上面，锌空气电池现阶段是不折不扣的纽扣电池之王。1）无法如锂电池那样充电，必须要有专门的换液（换锌）站点，意味着基建和高成本的前期投入。所以虽然锌空气电池比锂电池便宜，但是配套换电池的设施设备就贵了，而锂电池是可以反复充电，一次配置，后续不会出现繁琐的换电解液和锌的过程。2）锌空气电池先天密封性不好，因为锌空气电池的放电原理是依托空气中的氧气和锌反应，所以电池不能密封，一般来说电池外壳必须要留有多个气孔供空气进入（对通风要求高），无论是CO2进入电解液产生碳酸化还是水气进入电池使得电解液稀释（或者高温下电解液的水分迅速蒸发），都会严重影响到电池本身的放电能效。3）锌空气电池的功率很难做高，一个是空气扩散电极催化剂的原因，一个是因为现在锌粒架构使得电池内阻在运动状态会变大，车辆的振动导致了锌粒之间的接触电阻变大。功率偏低，会使得车辆在需要高功率输出，如加速、爬坡这个时候显得无力。4）无法适应低氧区域，如高原地带等，因为需要足够氧气进行反应来产生电力。锂空气电池负极采用金属锂，正极则是空气中的氧。放电过程中，负极的金属锂被氧化，正极的氧气被还原，从而在外电路中产生电流。目前，有四种类型的锂空气电池，分别为非质子性（Nonaqueous）、液态（aqueous）、固态（solid state electrolyte）、混合的水非质子性（Hybrid）的锂空气电池。锂空气电池的主要吸引力是非常高的能量密度，远远超过其他类型的传统的电池可存储的能量密度使其更接近汽油的能量密度。锂空气电池有此优势是因为它们使用的氧气是来自于空气，而不是内部存储的氧化剂。1）由于放电过程中产生锂的过氧化物导致有孔碳材料堵塞，使得放电不完全；3）树枝状的锂沉淀物导致电池循环性能降低，能量容量下降，或者会引树枝状的锂沉淀物导致电池循环性能降低，能量容量下降，或者会引起短路；4）充电时的过电位显著高于放电时的过电位，表面存在二次反应，使得电池效率只有65%。二氧化锰、钴和铂等催化剂能降低过电位，但原理仍未弄清，特别是二氧化锰能显著提高正极材料性能。
来源：电池工业网
免责声明：本文仅代表作者个人观点，与电池材料网无关。凡本网注明 “来源：***（非电池材料网）”的作品，转载目的在于传递行业更多的信息或观点，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性，不构成任何投资建议，投资者据此操作，风险自担！本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容；如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的，请在一周内进行，以便我们及时处理、删除。联系电话：13126904348，电子邮箱：dchslm2019@126.com。
