用于笔记本、手机和未来电动汽车的锂离子电池，正在步入技术的瓶颈。但英国的化学家认为，他们有办法突破逼近的能量障碍问题——让电池从空气中“呼吸”氧气。

一个标准的锂离子电池包含一个石墨阴极、一个氧化钴锂阳极，还有一个含有锂盐的电解液。在充放电过程中，锂离子往返于两个电极之间，发送电子到外电路给电器供电。

这个设计的问题在于氧化钴锂体积大且重，圣安德鲁斯大学的Peter Bruce说，“提高那些电池能量密度的主要障碍，就是这个阳极。每个人都想找方法增加它的锂贮存量，来提高电容。”

上图：一个早期的圣安德鲁斯空气电池的示范模型。空气通过中心的多孔圆形膜进出。(Image: Peter Bruce/EPSRC)

他的灵感来自于助听器中使用的锌-空气电池，它通过锌与空气中的氧气反应获取能量。因此，和斯特拉思克莱德大学、纽卡斯尔大学的同事一起，Bruce开始设计一个锂-空气电池。

这个新电池拥有比现存锂电池高的能量密度，因为它不再使用密集的氧化钴锂。取而代之的用很轻的多孔碳作为阳极，锂离子溶入电解液中，涌入这个多孔弹性的材料。

电池放电时，空气中的氧也会通过膜（见上图）涌入多孔碳，在那里，它与电解液中的锂离子、外电路的电子反应，生成固体氧化锂，并逐渐填满多孔碳内部的孔隙。等到电池充电时，氧化锂会重新分解，释放锂离子，空出碳的孔隙。氧气也被重新释放到大气中。

大多数的电池在开始的时候就装入了需要的所有化学物。“通过利用环境中的氧，你节省了重量和体积，因为你不再需要将那些反应物全部装到电池里-你只需要一个碳平台。”Bruce说。

这个新设计有点像电池-燃料电池混合体，Bruce说。它像一个燃料电池一样，使用系统外部的反应物，但同时它又像电池，仍旧使用内部的反应剂。

这个小组的原型装置有每克4安-时的电容-重量比，是一个手机电池的8倍。即使提高到10倍也是可能的，Bruce估计，相比，改进一个传统的锂离子电池，你可能只会提高到2倍。

化学家Saiful Islam在巴斯大学研究电池，他没有参与这个新的设计。“我认为这个锂-空气电池会有8-10倍能量密度增长的潜力。”他告诉新科学家。然而，工作仍要继续，去完全了解这个新电池中发生的过程，他补充道。那可以帮助优化这项技术，让它成为可行的商业产品。

Bruce和同事们正在将他们的原理验证（proof-of-principle）版本，转换为一个小的像那些用于移动电子装置的工作电池。“这项技术会对未来的电动、混合动力车很重要。”Bruce指出。

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