本发明涉及一种中高温碳-空气电池,由固体氧化物燃料电池、CO2分离膜与碳燃料组成;固体氧化物燃料电池是一端封闭的管式固体氧化物燃料电池,碳燃料放置在管式固体氧化物燃料电池内部,CO2分离膜密封在固体氧化物燃料电池的开口端;碳-空气电池以碳为燃料,空气中的氧气为氧化气发生电化学反应。本发明的碳-空气电池具有新颖的结构设计,不需要外部通入气体即可以实现固体氧化物燃料电池发电,同时固体氧化物燃料电池内部产生的CO2气体可以随时通过CO2分离膜排出系统,本发明中的碳-空气电池具有极高的能量密度,具有较高的应用价值。