近日，美国麻省理工大学材料学系的蒋业明团队公开了一种“金属空气电池”，这一消息引起外界对金属空气电池的重新关注。

国外研究人员开发的金属空气电池模型

金属空气电池（Metal-Air Battery）可不是直接用空气作为电池，而是一种将金属与空气中的氧气通过电化学反应直接转化为电能的装置。这类电池以金属（如锌、铝、锂、镁等）作为负极活性物质，以空气中的氧气作为正极活性物质，通过金属的氧化和氧气的还原反应产生电能。

这种电池类别奇特还是次要，最受瞩目的是它的能量密度：约为1200瓦时/千克（Wh/kg），而目前商用的锂离子电池能量密度主要在200-300Wh/kg之间，它直接翻了三倍。

目前大规模使用的各种电池，都存在各自的短板。例如，铅酸电池重量体积大、能量密度低、使用寿命短，且含有对人体和环境有害的重金属铅；锂离子电池虽然在电子设备和新能源汽车上大量应用，但存在易燃易爆、功率密度不高等缺点，生产使用成本也相对较高。

如果把最费油的民航发动机换成电池驱动，是不是能提升推进效率，还能实现票价直降、绿色减排？有了空气金属电池，这个一直以来的“狂想”还真有了实现的可能，理论来讲，这种能量密度的大幅提升可能最终使大规模电动飞行成为现实。

另外一个优势更加不可思议，这款金属空气电池经蒋业明团队测算，一旦成功商用，成本可以为负，且补能速度跟普通油箱加注十分相近！这就要深入了解一下它独特的构造和工作原理。

所谓“金属空气电池”并不是一个横空出世的新概念，而是研究了十几年都没办法实现商用的“下一代储能电池”。

金属空气电池的工作原理基于电化学反应。在工作时，金属负极释放电子，氧气在正极获得电子，电子通过外电路形成电流，从而产生电能。由于正极活性物质（氧气）直接来自空气，不需要存储在电池内部，因此金属空气电池具有很高的理论能量密度。

根据使用的金属不同，金属空气电池主要分为以下几类：

1. 锌空气电池：以金属锌作为阳极，具有电量足、安全的特点，技术相对成熟，已部分商业化，是助听器等小型设备的主流选择，也可用于铁路信号、无线电通讯、航标灯等。

2. 铝空气电池：以金属铝作为阳极，理论能量密度高，金属铝储存丰富、成本较低，可用于给无人机、海洋浮标提供超长待机的电力，但存在自放电和副反应问题。

3. 锂空气电池：以金属锂作为阳极，理论能量密度最高，但技术难度大。锂在金属电极中的理论电位较高，但锂金属活性较，极容易与电解质溶液发生腐蚀，引起放电现象，从而影响电池的正常运行及寿命。

4. 镁空气电池：以金属镁作为阳极，比能量高、原料来源广泛、成本低，但镁金属活性较高，在碱性或中性溶液中容易发生腐蚀。

这些类型的金属空气电池其实工作原理相同，即负极金属提供的电子通过外电路传输到正极与空气中的氧气结合，从而形成导电通路。

理论上，金属空气电池具有能量密度大、蓄电量高、结构简单、安全性好、制造、使用、回收过程无有害物质释出等特点，被认为是“面向21世纪的绿色能源”。目前已有少量金属空气电池，如铝空气电池、镁空气电池用作纽扣电池、应急电源等小型供电设备，但要走向规模化应用，还需克服诸如功率小、续航时间短，空气电极侧的氧气获取速度慢等难题。

例如MIT 实验室的铝空气电池技术让 30 公斤级物流无人机续航突破 8 小时。铝空气电池以空气中的氧气为正极反应物，具有极高的理论比能量。这种电池技术为大型物流无人机提供了长续航的可能，使它们能够承担更远距离的货物运输任务，拓展了无人机在物流领域的应用范围。

Alcoa（美铝公司）和以色列Phinergy公司前一段时间在位于蒙特利尔的维伦纽夫赛车场对一台搭载了两家公司联合开发的铝空气电池的电动车进行了测试，该车续航里程可以增加到994英里（约合1600公里）。

需要指出的是，虽然这些研究离商业应用还非常遥远、其能量密度也离最优存在不小的距离，但这些成果毫无疑问是金属空气电池发展的重大进步。

那么，金属空气电池能应用在航空航天领域吗？我们都知道航空航天领域对能源系统有着极高的要求：高能量密度、轻量化、可靠性和环境适应性。金属空气电池的特性使其成为极具潜力的航空航天能源解决方案。

现代无人机对续航时间有着持续增长的需求。传统锂离子电池的能量密度（约250Wh/kg）限制了无人机的飞行时间。金属空气电池，特别是锌空气和铝空气电池，可以提供更高的能量密度，能够使无人机的续航时间成倍增长，值得一提的是，在作战中，空气电池几乎不需要维护保养，减少战时后勤负担。不管是在战场上还是在生活中，空气电池能够带来的改变和意义都将会是十分重大的。

高空长航时（HALE）飞行器，如太阳能无人机需要在20km以上高空持续飞行数周甚至数月。金属空气电池可作为夜间储能系统，让设备在白天利用太阳能充电，夜间就可以使用金属空气电池供电。还可以作为飞行器的应急动力，在平流层或者恶劣环境下提供可靠电力。

民航领域对重量因素非常敏感，由于使用空气中的氧气作为反应物，不需要携带氧化剂，显著减轻了电池重量。而且部分金属空气电池（如钠空气电池）在反应过程中还能吸收二氧化碳，生成无害的碳酸氢钠（小苏打）。也就是说，如果这个电池广泛用于航运业，不仅补能效率不受影响，反应产物也就是排出的“尾气”还能捕获空气中的二氧化碳。最重要的是，它和氢燃料电池还不一样，氢很娇嫩，要极低的温度或者高压才能运输存储，金属钠根本不需要这么复杂的手段保存，成本就已经有了优势。

目前电动航空的一个关键门槛是1000Wh/kg的能量密度，而金属空气电池已接近或达到这一标准。这使得它在区域性航班（如城市间短途飞行）中也具备了可行性。

金属空气电池凭借其超高能量密度和环保特性，有望成为未来航空航天领域的重要能源选择。随着材料科学和电池技术的进步，金属空气电池将逐步克服当前的技术障碍，在无人机、卫星、深空探测等领域发挥关键作用。这一技术突破或将重新定义航空航天器的能源架构，为人类探索天空和太空提供更强大的动力支持。

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