问题62 金属空气电池的工作原理是什么？

①铝空气电池。铝空气电池的负极是铝合金，在电池放电时被不断消耗，并生成AL（OH）₃；正极是多孔性氧电极，与氢氧燃料电池的氧电极相同，电池放电时，从外界进入电极的氧（空气）发生电化学反应，生成OH^-。电解液可分为两种：其一为中性溶液（NaCl或NH₄Cl水溶液或海水）；另一种是碱性溶液。可以认为铝空气电池是半个燃料电池。

中性溶液时，铝空气电池总的反应为

碱性溶液时，铝空气电池总的反应为

铝空气电池具有质量轻、比能量大的显著特点。资料显示，铝空气电池的理论比能量可达8100W·h/kg，目前的实际比能量约实现了350W·h/kg，是锂电池的2.3倍，镍氢电池的6倍，铅酸电池的7倍多。

②镁空气电池。

水体系时，镁空气电池总的放电反应为

非水体系时，镁空气电池总的放电反应（中性溶液和碱性溶液）为

Mg+O₂=MgO₂

或

镁空气电池能量密度高，理论电压高，清洁安全。镁储量丰富，具有成本优势。镁空气电池的能量密度可达重量相等的锂电池的10倍。但镁阳极的反应效率较低，空气阴极的响应速度较慢，尽管这种电池能够储存很多能量，但是将能量转换成实际的动力十分有限。

③锌空气电池。锌空气电池又称锌氧电池，以锌为负极，活性炭吸附空气中的氧或纯氧为正极活性物质，氯化铵或苛性碱溶液为电解质。

锌空气电池总的放电反应为

锌空气电池的比能量高，可达到340W·h/kg，安全，放电性能稳定，成本低廉。其重量是锂电池的50%，续驶里程是锂电池的200%，初装价格约为锂电池的40%。

④锂空气电池。锂空气电池的概念最早由Lockheed提出，电解液为碱性水溶液。锂空气电池用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极。放电时，阳极的锂释放电子后成为锂阳离子（Li⁺），Li⁺穿过电解质材料，在阴极与氧气，以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li₂O）或者过氧化锂（Li₂O₂），并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91V。其放电反应方程为

放电过程中Li、H₂O和O₂被消耗，在Li表面生成了一层保护膜而阻碍电化学反应的快速进行。在开路或低功率的状态下，Li的自放电率很高，并伴随着Li的腐蚀反应：

锂空气电池的比能量是锂离子电池的10倍，体积更小，重量更轻，目前仍处于实验室阶段。