為什么要以800公里為目標呢？因為這個數值是大部分人對汽車續航里程的期望最高值，如果電動車的續航里程不能達到800公里，并且成本能被大多數人接受，那么電動車就少了普及的可能。

　　所以，我們將這個數值設定為我們Battery 500項目的目標。這個項目從2009年就開始了，由阿爾馬登研究中心主導。此后，IBM與來自歐洲、亞洲以及美國的眾多商業伙伴、研究院共同進行了這項研究。

　　Battery 500項目基于金屬-空氣技術。相比于鋰電池，金屬-空氣電池能夠在單位質量內擁有更多的能量。項目研究至今，依然還需要幾年的時間才能夠商業化。但是通過這七年的實驗來看，我們足以認為：未來金屬-空氣電池在電動車上確有用武之地。

　　為什么叫金屬-空氣電池？

　　以鋰-空氣電池為例，要搞清楚這個問題，先來看看鋰離子電池（即現在常見的鋰電池）與鋰空氣電池的區別。

　　下圖為鋰離子電池在充放電時電池內部狀態示意。傳統鋰離子電池中，正極是碳，而負極則是由不同的過渡金屬氧化物組成，比如鈷、鎳、錳等。兩個電極都浸泡在溶有鋰鹽的電解液中。在充放電時，鋰離子會從一個電極向另外一個電極移動。移動的方向根據根據電池狀態的不同，充電或者放電，而不同。在充放電時，鋰離子最終會嵌入到電極材料的原子層，因而最終電池的容量大小取決于有多少材料能夠容納鋰離子，即由電極的體積與質量決定。

　　△鋰離子電池充放電過程示意

　　?鋰-空氣電池有所不同。在金屬-空氣電池中，發生的是電氣化學反應。在放電過程中，含有鋰的正極釋放出鋰離子，鋰離子向負極移動，并在負極表面與氧氣發生反應，形成過氧化鋰（Li2O2）。

　　鋰離子、電子與氧氣是在多孔碳形成的負極表面產生反應，因為化學反應并非發生在負極上，最終容納鋰離子的并非是負極材料，因而電池的容量與負極材料的體積或質量并沒有太大關系，只要有足夠大的表面積即可。

　　也就是說，鋰-空氣電池的容量并不是由電極的體積與質量決定，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鋰離子電池類似，只要在外部加壓就可以實現。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-空氣電池與傳統鋰電池一樣，充放電次數愈多，在電池內部產生的副作用就越大。這些副作用就是影響其量產乃至商業化的根本所在。

　　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譜儀，去精確測量在每一次充放電循環中，消耗與產生的氣體量。結果就發現了一個問題：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量是相等的。但是研究發現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，電池在發生內部消耗。

　　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。最后發現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生量，因為這兩種物質的存在意味著在這個電池內部很有可能還存在至少一種自我消耗的化學反應。我們現在的電池單元已經能夠達到200次充放電循環，雖然這是讓實際的充電過程遠遠小于理論最大值。