也就是說，鋰-空氣電池的容量并不是由電極的體積與質(zhì)量決定，而是電極的表面積。這就是為什么在鋰空氣電池中，質(zhì)量很小的電極也能夠儲存大量的能量，從而得到較高的能量密度。

 △鋰-空氣電池充放電過程示意

當然，除了能量密度之外，成本也是一個很重要的考慮因素。電池的售價目前在200-300美元/千瓦時，如果按每千瓦時能跑5-6公里計算的話，800公里需要一個150千瓦時的電池，就需要3萬-4.5萬美元。而一輛寶馬2系的汽車也只需要3.3萬美元。所以，如果想要量產(chǎn)的話，每千瓦時的價格必須下降到100美元以下。

鋰-空氣電池商業(yè)化要解決哪些問題？

單純來看鋰與氧氣進行氧化還原反應時，理論上能夠產(chǎn)生的最大能量密度是3460Wh/kg。拋開電池單元中不進行化學反應的那部分，最終能夠達到的能量密度數(shù)值也很讓人期待。當然，同樣會遇到問題。

鋰-空氣電池的充電過程與常規(guī)鋰離子電池類似，只要在外部加壓就可以實現(xiàn)。不同的是，鋰空氣電池中，當有外部電壓時，過氧化鋰的結構會破壞，還原成氧氣與鋰離子，鋰離子回到正極。鋰-空氣電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣，充放電次數(shù)愈多，在電池內(nèi)部產(chǎn)生的副作用就越大。這些副作用就是影響其量產(chǎn)乃至商業(yè)化的根本所在。

為了了解這些副作用對電池帶來的影響，我們使用研究中心的電化學質(zhì)譜儀，去精確測量在每一次充放電循環(huán)中，消耗與產(chǎn)生的氣體量。結果就發(fā)現(xiàn)了一個問題：鋰-空氣電池在充電過程中釋放出的氧氣比放電時消耗的氧氣要少很多。（在試驗中，大多使用干氧而不是空氣。）

△IBM研究中心的電化學質(zhì)譜儀（來源：IBM）

在理想的電池單元中，在放電過程中消耗的氧氣與充電過程中釋放的氧氣質(zhì)量是相等的。但是研究發(fā)現(xiàn)氧氣的釋放量卻變少了，這也就是意味著那些并沒有釋放的氧氣很有可能是與電池單元中的部件進行了反應，比如說融化到電解液之中，電池在發(fā)生內(nèi)部消耗。

在IBM位于蘇黎世的另外一個實驗室中，我們進行了新的試驗，對這種自我破壞的化學反應進行了跟蹤和計算機模擬。最后發(fā)現(xiàn)原因在于有機電解液上。然后我們針對這個問題進行了研究，在最新的電池單元中，使用了新的電解液之后，充電時，能夠釋放出放電時吸收的大部分氧氣。另外，我們也跟蹤了在充放電時氫氣與水的消耗與產(chǎn)生量，因為這兩種物質(zhì)的存在意味著在這個電池內(nèi)部很有可能還存在至少一種自我消耗的化學反應。我們現(xiàn)在的電池單元已經(jīng)能夠達到200次充放電循環(huán)，雖然這是讓實際的充電過程遠遠小于理論最大值。