リチウム・空気電池
リチウム空気電池は 4 Li + O 2 ⟶ 2 Li 2 O {\displaystyle {\ce {4Li\ + O2 -> 2Li2O}}} の反応を起こして放電する。計算上、開放電圧は2.91Vである。酸素を含む電池全体に貯蔵できる単位重量あたりのエネルギーは理論上5200 Wh/kgと非常に高い(リチウムイオン二次電池は1000Wh/kgに満たない)。ただし酸素は空気中から得られるのでボンベ等に貯蔵する必要がないため(宇宙空間や水中での使用を考えない限り)金属-空気電池では電極と電解液に貯蔵できる単位重量当たりのエネルギーが重要である。リチウム空気電池の場合、電極と電解液に貯蔵できる単位重量当たりのエネルギーは11140 Wh/kgとなる。
電池全体の化学反応式と自由エネルギー変化、電圧の測定値の一例をいかに示す:
2 Li + O 2 ⟶ Li 2 O 2 {\displaystyle {\ce {2Li\ + O2 -> Li2O2}}} ; G o = − 145 K c a l ( E 0 = 3.1 V ) {\displaystyle {\rm {Go=-145\ Kcal\ (E_{0}=3.1V)}}} [1]
2009年、産業技術総合研究所エネルギー技術研究部門エネルギー界面技術研究グループの王永剛が、原型にある放電によって両極間の有機電解液中に生成した酸化リチウムの固体が正極にこびりつくことで、正極と空気の接触が遮断されて放電が止まるなどの問題を解決した。改良法では負極側に有機電解液を正極側に水性電解液を置き、その間を固体電解質で仕切った。この固体電解質はリチウムイオンのみを通し、他のイオンや分子をすべて遮断する。その結果、両電解液が混合せず、正極側に固体が生成することを防ぐことが可能だと見出した(正極側水性電解液には水溶性の水酸化リチウムが生成されるだけである)。
2018年に物質・材料研究機構とソフトバンクが共同設立した「NIMS-SoftBank先端技術開発センター」が実用化に向け、電極や電解質を開発を行っており、2021年にはリチウムイオン電池を上回る500Wh/kg級のリチウム空気電池の充放電に成功した。