理论上讲，使用同等数量的镁离子和锂离子，镁离子电池所能存储的电荷数会是锂电池的两倍。铝(Al)离子更厉害，可以同时携带三个电荷。基于这个道理，科学家们就开发出了使用高价态金属离子的电池， 即多离子电池。因为相同数量的离子能够存储更高密度的电荷，所以多离子电池容易达到较高的能量密度。此外，锂离子电池使用的电解液是一种有机溶液，易燃且有毒。
但多离子电池所使用的电解液不同，安全性更好。比如，2016年《自然》（Nature）报道的铝离子电池中，所使用电解液化学稳定性很高，即使用电钻在上面钻个眼儿，仍然照常工作[6]。铝离子电池的钻孔实验。当然，多离子电池也同样会遇到很多麻烦。比如，镁和铝这些高价态离子，虽然离子半径没那么大，但是带的电荷多，所以在电解液中迁移速度慢。
这就好比，提着两大箱行李，试图在春运的火车上穿过一节车厢。迁移慢所造成的后果是电池的倍率性能不好。倍率性能可以粗略的理解成电池的充放电速度。所以，多离子电池是很难实现“充电五分钟，通话两小时”这种性能的。 锂空气电池让材料与氧气发生反应是人类获取能源一种最普遍的方式，比如烧木头或烧煤炭。因此，科学家试图通过锂与空气中的氧气进行反应，将产生的能量转为电能。
这种设计就被称为锂空气电池。锂空气电池的设计原理与锂离子电池有很大的不同。它的负极材料是金属锂，正极是空气，准确来说是空气中的氧气。放电时，金属锂向电解液提供锂离子，这些离子与氧气反应，生成过氧化锂，同时发生电荷转移，从而产生电能。锂空气电池的理论能量密度很高，达到每千克12000瓦时，这一数值甚至和汽油（每千克13000瓦时）有一战之力[7]。
而且，它使用的氧气来自于空气，这部分原料近乎无限。理论上来讲，锂空气电池的储能能力可以达到锂离子电池的12倍[7]。燃烧吧，锂的小宇宙。然而，锂空气电池也是一项争议很大的技术，它的反对者们主要有两个观点：锂空气电池中发生的反应太复杂，有多种副产物生成。这造成了科学家其实也不太清楚自己的电池中到底发生了什么。
比如有个业内的八卦，说是一位很有名望的科学家在《科学》（Science）发了一篇锂空气电池的文章，达到了一个很棒的性能，可别人怎么也重复不出来。后来发现，他所做的锂空气电池中，发生反应的其实是集流体和电池壳，而不是预想的金属锂。最后闹得尴尬收场。2016年，几位电池领域的元老一起撰写了一篇评论，刊登在《自然-能源》（Nature Energy）上，在结尾处。
