空气锂电池作用原理图
这种反应模式最大的优点是无须自带阴极氧化物，重量大大减轻，能量密度可以提升10倍，插电式电动车依靠这种电池可以一次行驶800公里，超过传统动力车。不仅如此，锂空气电池也可以不进行充电，直接更换正负极卡盒，算是一种新型的燃料电池。
既然使用空气，该电池必须设计成开放系统，电极和电解质都暴露在空气中，这使得人们始终无法维持这两者的稳定性，被当做阴极的碳棒会与电解质产生各种意料之外的副反应，导致负极迅速劣化。无论 “锌空”到“锂空”，都被严厉地批判过。
日本旭化成公司（Asahi Kasei）和中央硝子公司（Central Glass）在分离膜和电解液方面为该小组提供支持。
该小组尝试将碳棒换为昂贵的纳米金阴极，将阴极反应液换成更不容易参与阴极反应的有机液体。并声称获得“充放电高达数百次而性能下降不明显”的锂空气电池。但距离商用化，仍然有“很长的路要走”。
为了避免负极产生枝晶，即锂离子在负极表面无序生长，需要加强捕获锂离子的手段。微宏公司也声称采用“多孔复合碳”作为负极材料，比表面积是传统石墨的20倍以上，使锂离子稳定快速地迁移。
石墨烯
既然电池的正负极表面材料和结构大有讲究，为什么不利用近来突飞猛进的纳米技术，用各种纳米线、管、球、碗设计精细有序的表面结构呢？
石墨烯就是其中的大新闻。尽管人们普遍对此怀有疑虑，因为声称以石墨烯为原料的锂电池能量密度高达600wh/kg，是传统动力锂电池的5倍。一度有人将石墨烯技术当做解决新能源车续航问题的终极方案。可惜，谁也没有在可控成本上复制试验室成果。
单层或者2层石墨烯确实很神奇：最薄、最坚硬、最导热、最导电，简直就是上帝赋予的材料。但只是看上去很美。
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“接近完美”的石墨烯成本非常高昂，在2010年左右每克几千元的售价，做成电池谁买？现在有公司声称将石墨烯的成本降低10倍，但仍然太贵。
即便不考虑成本，石墨烯很难分离到“完美”的1、2层，现有几种方法分离出的石墨烯，充满着官能团和瑕疵，层数不一，电化学性能远不尽人意。
有人提出，像撒芝麻一样，在导电剂中掺点石墨烯。但马上就有唱反调的人站出来说，石墨烯做导电剂分散性，还不如廉价的碳家族兄弟。石墨烯很容易把从正极出发的锂离子通道给堵死，反映到宏观层面，就是这种电池充一两次电之后就废了。
石墨烯做负极，理论上最多是石墨负极两倍的容量，而硅做负极的理论容量近石墨的10倍，石墨烯就是成本低了也玩不过人家。事实上如果只考虑能量密度的话，金属锡更适合作为负极材料。但到现在为止也就索尼推出过“锡电池” （Sony nexelion 14430W1）。但是，锡电池的名气远不如还未做出成品的石墨烯电池。
固态电池
电解液只为了电子有序迁移提供通路，本身并不能蓄能。如果没有电解液，岂不能提高能量密度？能量载体的物质密度，固体>液体>气体。这是很容易理解的。
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