目前已經取得研究進展的金屬空氣電池主要有鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等。這幾種型別的金屬空氣電池有的已經具備大規模量產的條件，有的還停留在實驗室階段，有的已經在電動汽車方面取得良好的應用成果，並即將大規模裝載新能源車輛。金屬空氣電池是以金屬為燃料，與空氣中的氧氣發生氧化還原反應產生電能的一種特殊燃料電池。金屬空氣電池以活潑的金屬作為陽極，具有安全、環保、能量密度高等諸多優點。具有良好的發展和應用前景，甚至被寄予厚望替代當前新能源汽車主要的動力電池型別—鋰離子動力電池。製作金屬空氣電池，可選用的原材料比較豐富。目前已經取得研究進展的金屬空氣電池主要有鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池等。這幾種型別的金屬空氣電池有的已經具備大規模量產的條件，有的還停留在實驗室階段，有的已經在電動汽車方面取得良好的應用成果，並即將大規模裝載新能源車輛。本文將分別介紹上述幾種金屬空氣電池的研發及應用進展。一、鋁空氣電池1、工作原理鋁空氣電池以高純度鋁Al（含鋁99.99%）為負極、氧為正極，以氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時產生化學反應，鋁和氧作用轉化為氧化鋁。2、特點鋁空氣電池具有無毒、無害、無汙染，可回收迴圈使用等特點。對於電動汽車來說，鋁空氣電池具有質量輕、比能量大的顯著特點。資料顯示，鋁空氣電池的理論比能量可達8100Wh/kg，目前的實際比能量約實現了350Wh/kg，是鋰電池的2.3倍，鎳氫電池的6倍，鉛酸電池的7倍多。這種電池對於減輕汽車重量，增加續航里程具有明顯的幫助。3、研發及應用進展國外：據相關資料，美國加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動汽車上，有過只更換一次鋁電極續駛里程達1600km的記錄。美鋁加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的鋁空氣電池儲存了可行駛3000公里的足夠電量。國內：雲鋁股份與昆明冶金研究院共同出資組建創能鋁空氣電池股份有限公司，投資鋁-空氣電池研發專案。目前，創能鋁空氣電池研發專案正在推進中。中國動力與PHINERGY成立合資公司，計劃在大巴、旅遊車、物流汽車及運動型多用途汽車等電動車型推廣鋁空氣電池。並計劃在大陸、香港、澳門進行推廣。二、鎂空氣電池能量密度高、理論電壓高、清潔安全。鎂儲量豐富，具有成本優勢。鎂空氣電池的能量密度可達重量相等的鋰電池的10倍。不足之處在於，鎂陽極的反應效率較低，空氣陰極的響應速度較慢，儘管這種電池能夠儲存很多能量，但是將能量轉換成實際的動力十分有限。3、研發及應用進展國外：據報道，南韓研發的一輛搭載完整鎂空氣電池的電動汽車能成功行駛800公里，是當前鋰電池動力汽車平均續航里程的4倍日本多家機構包括古河電池、尼康、日產汽車、日本東北大學、宮城縣日向市等產學研機構和政府部門正積極推進鎂空氣電池的大容量化研究。日本AguaPower公司已經成功開發製造和商業化鎂空氣電池，現已註冊專利16個。國內：寧波材料所動力鋰電池工程實驗室成功研製出1000Wh鎂空氣電池樣機。三、鋅空氣電池1、工作原理鋅空氣電池又稱鋅氧電池，用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質，以鋅為負極，以氯化銨或苛性鹼溶液為電解質的一種原電池。陽極：Zn2OH–→ZnOH2O2e–陰極：O22H2O4e–→4OH–綜合：2ZnO2→2ZnO2、特點比能量高，可達到340Wh/kg。安全、放電效能穩定、成本低廉。重量是鋰電池的50%，續駛里程是鋰電池的200%，初裝價格約為鋰電池的40%。3、研發及應用進展國外：加拿大滑鐵盧大學陳忠偉博士及其團隊的研究取得了顯著的進展。國內：“車用鋅空氣電池專案”被列入國家863重大科技專項一。國內某鋅空氣電池製造公司聯合某整車製造商計劃今年推出500輛12米裝載鋅空氣電池的純電動公交車，整車造價百萬，其中電池價格約為40萬。根據計劃該公司2017年將生產出滿足3000輛電動汽車使用的鋅空氣動力電池。四、鋰空氣電池1、工作原理鋰空氣電池用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極。放電時，陽極的鋰釋放電子後成為鋰陽離子（Li+），Li+穿過電解質材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結合生成氧化鋰（Li2O）或者過氧化鋰（Li2O2），並留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為2.91V。2、特點鋰空氣電池的比能量是鋰離子電池的10倍，體積更小，重量更輕。不足之處在於，仍處於實驗室階段，實現商業化尚需要10年左右的時間。

鋅空氣電池( zinc air battery)，用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質，以鋅為負極，以氯化銨或苛性鹼溶液為電解質的一種原電池。又稱鋅氧電池。分為中性和鹼性兩個體系的鋅空氣電池，分別用字母A和P表示，其後再用數字表示電池的型號。

鋅空氣電池的充電過程進行得十分緩慢，為解決這一問題，通常鋅空氣電池 的負極鋅板或鋅粒，被氧化成氧化鋅而失效後，一般採用直接更換鋅板或鋅粒和電解質的方法，使鋅空氣電到完全更新。放電時正、負極和總反應的化學方程式為：

負極：Zn+2OHˉ=ZnO+H2O+2eˉ

正極：0.5O2+H2O+2eˉ=2OHˉ

總反應：2Zn+O2=2ZnO

現在鋅錳電池中用含鉑的多孔性炭電極代替二氧化錳炭包，開發了鋅空氣乾電池的技術。

鋅空氣電池主要有4種類型：

①中性鋅空氣電池:結構與鋅錳圓筒形電池的類同，也採用氯化銨與氯化鋅為電解質，只是在炭包中以活性炭代替了二氧化錳，並在蓋上或周圍留有通氣孔，在使用時開啟;

②紐扣式鋅空氣電池：結構與鋅銀扣式電池基本相同，但在正極外殼上留有小孔，使用時可開啟;

④高功率鋅空氣電池：一般是將薄片狀粘結式活性炭電極裝在電池外壁上，將鋅粉電極裝在電池中間，兩者之間用吸液的隔膜隔離，上口裝有注液塞。使用時注入氫氧化鉀溶液。這種電池便於攜帶。低功率鋅空氣溼電池和高功率鋅空氣電池屬於臨時啟用型，活性炭電極能反覆使用，因而電池在耗盡電荷量以後，只要更換鋅電極和鹼液，就可重複使用。 大容量鋰-空氣電池並非新概念，至今都未普及原因是它存在致命缺陷，日本的研究院克服了這個困難，但要想實現商用，可能還需要10年。

減碳，對於人類福祉來說，絕對不是離譜的要求，但對於全球汽車業來說，卻是一件困難的事情。

眾所周知，鋰離子電池廣泛用於手機和膝上型電腦等，目前也已經是下一代充電式混合動力車和電動車的理想之選。它比其它汽車電池的密度更高、電量更充足，但也更貴，受制於電池容量，充電後的行駛距離仍不夠遠。即將於2010年上市的雪佛蘭Volt混合動力汽車如果僅僅使用電池，只能行駛40公里。

儘管仍有改進的空間，但鋰離子電池的潛力依然有限。普遍認為，要實現電動汽車的普及，能源密度需達到目前的約6～7倍。於是，理論上能源密度遠遠大於鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關注。雖然仍使用有機溶媒，但它卻以全新的構成極大提高電池的能量密度。

鋰-空氣電池並非新概念。由於在正極上使用空氣中的氧作為活性物質，理論上正極的容量密度是無限的，可加大容量。另外，如果負極使用金屬鋰，理論容量會比鋰離子充電電池提高一位數。

但是，為什麼鋰-空氣電池至今都未普及?原因是它存在致命缺陷，即固體反應生成物氧化鋰(Li2O)會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導致放電停止。

2009年2月，日本產業技術綜合研究所能源技術研究部門能源介面技術研究小組組長周豪慎和日本學術振興會(JSPS)外籍特別研究員王永剛共同開發出了新構造的大容量鋰空氣電池。

他們透過將電解液分成兩種來解決上述問題。在負極(金屬鋰)一側使用有機電解液，在正極(空氣)一側使用水性電解液。在兩種電解液之間設定只有鋰離子穿過的固體電解質膜，將兩者隔開。這樣便可防止電解液混合，並促進電池發生反應。

負極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機電解液。雖然不能棄用有機溶媒，但卻限定了使用方法。正極用水性電解液使用鹼性水溶性凝膠，與微細化後的碳和低價氧化物催化劑形成的正極組合。

在鋰-空氣電池中，由於放電反應生成的並非是固體的Li2O，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH(氫氧化鋰)。氧化鋰在空氣電極堆積後，不會導致工作停止。水及氮等也不會穿過固體電解質的隔壁，因此不存在與負極的鋰金屬發生反應的危險。而且，在充電時，如果配置充電專用的正極，還可防止充導電致空氣電極的腐蝕和老化。

實驗證明，以0.1A/g的放電率進行放電時，放電容量約為9000mAh/g，而以前的鋰-空氣電池的放電容量僅為700～3000mAh/g，可以說實現了容量的大幅增加。

另外，如果使用水溶液取代水溶性凝膠，便可在空氣中以0.1A/g的放電率連續放電20天，其放電容量約為5萬mAh/g(空氣極的單位質量)，比原來高一位數。由於金屬鋰電池的容量原本就比鋰離子電池高一位數，因此該數值共比鋰離子充電電池高兩位數。

現在，由於水溶液的效能較高，而在易用性上凝膠更為出色，科學家們今後需要考慮決定究竟對這兩者中的哪一個進行開發。

瞭解到，這種技術還可考慮與單純的充電電池不同的使用方法。如果不對電池進行充電，而是透過汽車底座更換正極的水性電解液，以卡盒等方式補給負極的金屬鋰，汽車便可實現無需充電等待時間，立即行駛。

而且，透過回收用過的水性電解液，以電氣方式重新生成金屬鋰，還可繼續作為電池負極燃料迴圈使用，避免產生其他汙染。鋰-空氣電池可以說是以金屬鋰為燃料的新型燃料電池。

科學家認為，鋰空氣電池的效能是鋰離子電池的10倍，可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實驗室都在研究這種技術，但如果沒有重大突破，要想實現商用可能還需要10年。 鋁空氣電池，顧名思義就是以鋁與空氣作為電池材料的一種新型電池。它是一種無汙染、長效、穩定可靠的電源，是一款對環境十分友好的電池。電池的結構以及使用的原材料可根據不同實用環境和要求而變動，具有很大的適應性，既能用於陸地也能用於深海，既可做動力電池，又能作長壽命高比能的訊號電池，是一款十分強大的電池，有很廣闊的應用前景。

鋁空氣電池的化學反應與鋅空氣電池類似，鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為正極、氧為負極，以氫氧化鉀(KOH)和氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時產生化學反應，鋁和氧作用轉化為氧化鋁。鋁空氣電池的進展十分迅速，它在EV上的應用已取得良好效果，是一種很有發展前途的空氣電池。

鋁空氣電池的特點：

1、比能量大

鋁空氣電池的實際比能量只達到350～400Wh/kg，這數值還不及它理論值的5%。但就是這5%不到的比能量也是鉛酸電池的7～8倍、鎳氫電池的5.8倍、鋰電池的2.3倍。

若採用鋁空氣電池的電動車，續駛里程明顯地提高。國外有關資料介紹，美國加利福尼亞州在使用鋁空氣電池的電動汽車上，有過只更換一次鋁電極續駛里程達1600km的記錄。

2、質量輕

中國開發和研製的牽引用動力型鉛酸蓄電池的總能量為13.5kWh，總質量為375kg。而同樣能量的鋁空氣電池總質量僅45kg，為鉛酸蓄電池質量的12%。由於電池質量大大減輕，車輛的整備質量也降低，可以提高車輛的裝載能量或延長續駛里程。

3、鋁沒有毒性和危險性

鋁對人體不會造成傷害，可以回收迴圈使用，不汙染環境。鋁的原材料豐富，已具有大規模的鋁冶煉廠，生產成本較低。鋁回收再生方便，回收再生成本也較低。而且可以採用更換鋁電極的方法，來解決鋁空氣電池充電較慢的問題。

正如所有的事物有其優秀的一面也有不足的一方一樣，鋁空氣電池也有不足之處。

雖然它含有高的比能量，但比功率較低，充電和放電速度比較緩慢，電壓滯後，自放電率較大，需要採用熱管理系統來防止鋁空氣電池工作時的過熱。

空氣電池是化學電池的一種。構造原理與乾電池相似，所不同的只是它的氧化劑取自空氣中的氧。例如有一種空氣電池，以鋅為陽極，以氫氧化鈉為電解液，而陰極是多孔的活性炭，因此能吸附空氣中的氧以代替一般乾電池中的氧化劑（二氧化錳）。

根據中國電器交易調查空氣電池可分為：鋅空氣電池、鋰空氣電池、鋁空氣電池。