固态锂离子和锂空气电池的不断发展，终有一天可以为电动汽车提供充足的电力。
以五大技术突破为标志的蓄电池的历史，反过来推进了电池性能的发展，使今天的电动汽车得以满足用户通常的行驶距离，比如100mi（161公里）。
这是在英国法夫市圣安德鲁大学工作的化学家Peter G. Bruce的观点，他是一位“工作时间比我想象的要长”的电池专家。
只能行驶一百英里，这个距离还很不够，不能缓解人们对电动汽车行驶里程的焦虑。但他指出，人们不应低估锂离子电池自1970年以来的进步和提高。
他认为短期内锂离子电池仍有很大的性能改进前景。“在可预见的未来，锂离子的应用还会是发展主流，”Bruce说：“我们知道锂离子电池具有局限性。我们需要超越电动汽车的300mi行驶里程的限制，所以需要换电池。锂空气电池有潜力实现这个目标。”
IBM-Almaden的研发人员使用专门的恒电位仪进行电池放电测试
Bruce及其研发同事最近在将锂空气技术投入实际应用上取得了一个重大进展，他的团队最近发布了关于此类电池的首个稳定、可逆的运行报告，基本上证实了此概念的实际应用性——在最近《科学》杂志中刊发的论文上，研发者表示他们让一个锂空气实验电池运行了100个工作周期，损失的电量只有5%。
“但这款新型实验电池离实际应用还差得很远，”Bruce指出：“我们还在试着解决基本的科学挑战。”这个进步只是先进锂电池上取得的一个成果。锂，是密度最低的金属，可提供最大的电化学潜能，因此可实现最佳的能源-重量比。所以从理论上讲，它应该是一款理想的电池材料。最好的电池，理论上应该是锂-空气电池或镁-空气电池。能源高级研究计划署 (ARPA-E) 正在对此进行投资研究。镁有两个电子，对比只有一个电子的锂，研发人员认为用它制成的电池性能效率应该更高。
此外，在意大利、韩国和加利福尼亚等地，其他研发团队也纷纷宣称在锂空气技术上已取得早期成功。例如，IBM的研发团队Almaden及其在“电池500”项目里的工业合作伙伴，报告了关于锂-空气电池基本电化学的新见解。
同时，致力于改善固态锂-空气电池的性能，会在短期内带来有用效果。而位于科罗拉多州柯林斯堡的Prieto电池公司，也在稳步开发一款便宜、安全、高性能的干性锂离子电池。这个项目颇具潜力。
锂-空气电池的踏脚石
理论上，锂-空气电池可实现的性能是传统锂离子电池的10倍。一个先进的锂-空气电池，应该具有很高的特定能量密度（每单位质量）——高达100~200 W•h/kg——比目前的电池更轻、续航时间更久。这部分是因为卸载了电池组中的一些电池，提高了重量效率。锂-空气电池是敞开在空气中的，就像安装在助听器中为提高听力识别的锌空气电池那样。外部空气中的氧，通过多孔电极进入电池，向它供电，减轻了整个电池包的重量。但是，这需要与外部的氧源一起工作，最终需要使用过滤器来阻止起反作用的水汽和污染物。
此时的主要技术挑战，就是想法子使优先的电化学反应实现稳定运行，Bruce说：“在放电（驾驶）过程中，空气中的氧会进入多孔电极，与阳极的锂离子发生反应，在基底形成固态的锂过氧化氢 (Li2O2)，”通常为碳基。
在整个周期的再充电部分，可以看到氧原子回到空气中，锂离子回到阳极上。但在实践中，从锂离子单元中得到的标准电池电解质和电极，总是分解、失败。好在圣安德鲁斯团队找到了可以稳定运行的电池组件（尤其是正面电极和电解质）。
布鲁斯说：其团队开发的锂-空气电池采用黄金纳米多孔电极和一种离子有机电解液——锂高氯酸盐 (LiClO4) 溶剂以及二甲基亚砜——生产出了一款设备，可作用于现有锂离子电池提高项目中四个可提高特定能源的改善因素之一。他强调：迄今只有少数研究论文提到有机化合物中降低氧还原反应。他称其团队的工作是“一块通向诸多挑战之路的踏脚石。”
IBM努力钻研锂-空气电池
其他研究人员在锂-空气电池实验中使用有机电解质避免不良副反应方面也取得了一些进展。“但是，坏消息是传统的锂离子电解质在锂-空气电池中根本不起作用，”电池500项目中的领军企业IBM-Almaden公司的能量存储及纳米级科技部门高级经理Winfried Wilcke说：“我们建立了一系列微分电化学质谱仪以完成基础测试，发现所有能量都能进入电极分解。”
锂-空气电池的四大主要设计有：使用液体有机电解液的质子电池；整合了水基电解质的水性电池；采用了两部分电解质的混合水/质子电池以及采用了固体电解质的固态电池。
Wilcke说：“好消息是有机液体电解质允许所需电化学反应反向进行。在应用外部电压时，氧会反过来进入大气，”能观察到阴极材料实现了非常高的电荷密度——10g mA•h。
这些就是IBM公司三年来“高风险、高回报”的研发成果。这个计划制定于2009 年，希望制造出实际可用、可商业推广的锂空气电池。与美国国家实验室和商业伙伴（包括制膜专家Asahi Kasei公司、电解质及添加剂专家Central Glass公司以及其他两个不方便透露姓名的工业合作伙伴）一起，IBM研发人员成功证明了锂-空气电池的充电-再充电程序的基础化学性。
“我们发现电解液的选择是关键，”Wilcke补充说：找到不产生副作用的方法就是通向成功之途。由此产生绝大多数的阴极电子碳，与锂作用形成碳酸锂，可减少再充电性能。锂离子也常与电解质一起反应。
在实验室中，IBM的研究人员采用dimethyloxyethane（DME）作为有机电解液，还有其他元素。Wilcke说：“我们发现在放电/充电周期中仍有10%的能量损失。我们需要回收绝大多数的电量——恢复到99.9999%。”目前他不方便进一步详细介绍这款IBM正在开发、已有专利的前景极光明的新型阳极材料。
尽管Wilckie声称目前进展“比预想的还好”，但他仍强调说“该项目仍处于科学试验阶段，尚未进入工程投产阶段。”要真正做出产品，2020至2025年比较有可能。
有个科研成果令Wilcke特别激动：“我们发现这种材料具有导电性能，因为它们形成了过氧化锂，使系统有可能实现巨大的性能潜力，”他解释说。“过氧化锂通常显示较低的导电率，但可在表面实现较高的半金属充电条件，很大一部分原因是因为它在电池中形成了一些球状离子，可实现良好的传导通路。
这些调研结果使他对汽车充电/再充电最终达到1000个生命循环周期非常乐观，“而且，大容量电池通常不像较小型电池（比如混合动力车里）那样那么频繁地进行充放电循环。”
用来制造Prieto电池电极核心的制造过程是以电沉积为基础的。在多孔铜泡沫基底的高区表面，一开始涂上阳极涂层，再涂上固体电解质/分离器涂层，最后用阴极浆填充其他空间，再上一层薄的涂层。
固态锂离子电池
对锂-空气电池的商业化，可能会在先进的固态锂离子电池开发前景变得更明朗之后，才有可能。目前研发项目中最有前景的一个，就是Prieto电池——美国科罗拉多州大学化学助理教授Amy Prieto的心血结晶。Prieto希望利用其电解沉积知识——一种可使用电能将材料置于表面的著名方法——发明一种比当前系统功率密度大很多个数量级的电池。
“我们的电池用在混合动力车或电动汽车上会很棒，”她说。她的公司成立于2009年，致力于“找出将新型锂离子电池设计商业化的方法，如果可以的话，还将加快其进入市场的速度。我们想打造一款干电解液锂离子电池，具有很高的功率密度，实现非常快的充放电速度，但仍然非常安全。”
如果一切进展顺利，用她的话说，那将是一款“便宜、可扩展、可批量制造的电池”。传统的锂离子电池基本上是二维的，有许多堆积层。Prieto解释说：这限制了能量反应速度。她和她的同事们想使用电沉积技术制造一个三维电池，其中的活性成分——电极和电解液——紧紧地聚积在一起。他们假设有一个多孔泡沫电极，统一涂上一层超薄聚合物电解质，然后以一个阴极矩阵包围住。
因此Prieto电池具有“交错结合”的组件，可确保“较短的反应扩散长度，因为中间的间隙表面区域很高，”她说。这款设计类似一个三维IC芯片，将通讯门之间的数据路径缩短了。
Prieto电池是一款正在开发的锂离子电池。不同于常规电池，它没用任何液体电解质，其实是一个单独的一体化系统，能使锂离子在非常短的距离里向三个方向流去。大大提高了整体电化学的反应，而且使用了绿色制造过程进行组件
“关键是我们是安全的。我们彻底摒弃了易燃的液体电解质，我们现在采用的有机物都具有热稳定性。此外，还不会形成容易导致电池老化的盐酸，电池本身还可以抵御热失控。”
这个研发目前仍处于早期阶段。"我们有充分证明，这些必要材料组合是有效的，现在正忙着组装原型，未来一年应该就能做好。”Preito说。
Preito在实验室进行扩展循环测试时发现，独家使用铜锑化（Cu2Sb）纳米线（在多孔铜泡沫上可实现特别的电沉积效应），能提高电池阳极的稳定性。采用较薄的材料，会降低制造成本，提高生产规模。
Prieto对现今锂离子导电测试结果是这么总结的：“还好，但还是不够快。在设计及第三方测试方面，我们都有很好的合作伙伴，比如国家可再生能源实验室的测试组和电池原型团队。我们将在便携式电子设备应用和电动及混合动力汽车上证明这个技术的效用性。”
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