鋰空氣電池有望成為目前用于電動汽車，手機(jī)和電腦的鋰離子電池的下一代革命性替代品。

鋰空氣電池（Lithium-airbatteries）是一種用鋰作負(fù)極，以空氣中的氧氣作正極的電池。雖然鋰空氣電池目前仍處于實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段，但其在能量密度方面表現(xiàn)出來的優(yōu)勢已經(jīng)得到了認(rèn)可，有望成為普通鋰離子電池的革命性替代品。催化劑有助于提高電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率、提升電池儲能和供能性能。因此將鋰空氣電池與用二維材料制成的先進(jìn)催化劑配合使用，有望進(jìn)一步提升鋰空氣電池的性能。

phys.org網(wǎng)站1月10日報(bào)道，美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校副教授AminSalehi-Khojin的團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)材料》（AdvancedMaterials）雜志撰文稱，他們合成了多種二維材料，部分材料作為催化劑使用，可使鋰空氣電池的儲能性提升10倍。論文通訊作者AminSalehi-Khojin說?！艾F(xiàn)在，電動汽車每次充電后大約可以行駛100英里，將二維催化劑加入鋰空氣電池中，可使其單次充電后的行駛里程增加到400~500英里。這將是儲能領(lǐng)域的一個(gè)重大突破?！?br/>

AminSalehi-Khojin團(tuán)隊(duì)共合成了15種不同類型的二維過渡金屬二硫化合物（TMDCs）。TMDCs是一種性質(zhì)獨(dú)特的化合物，它具有良好的導(dǎo)電性和電子快速轉(zhuǎn)移能力，可以用于促進(jìn)電池充、放電過程中的化學(xué)反應(yīng)。研究人員對15種TMDCs在鋰空氣電池模擬系統(tǒng)中的催化性能進(jìn)行了研究。論文第一作者、伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校研究生LeilyMajidi解釋說：“將TMDCs設(shè)計(jì)成二維結(jié)構(gòu)，可獲得更好的更好的電子性能和更大的反應(yīng)表面積，從而使其以更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)參與電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)。與鉑、金等傳統(tǒng)催化劑相比，二維TMDCs的催化性能要強(qiáng)得多?！?br/>
此外，這種二維材料還能與電解質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同作用。AminSalehi-Khojin說：“我們開發(fā)的二維TMDCs材料可與離子液體電解質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，幫助電子更快地轉(zhuǎn)移，從而更有效地存儲和釋放能量。這類新材料代表了一種提升電池性能的新途徑?，F(xiàn)在我們需要做的，就是找到優(yōu)化材料性能和大規(guī)模生產(chǎn)這種材料的方法?！?br/>

研究人員在模擬鋰-空氣電池的電化學(xué)系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)研究了15種TMDC作為催化劑的性能。

“在它們的二維形式中，這些TMDC具有更好的電子特性和更大的反應(yīng)表面積，可以參與電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)它們的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，”UIC工程學(xué)院的研究生LeilyMajidi解釋說，該論文的作者。

“與使用金或鉑等傳統(tǒng)催化劑相比，這些材料的反應(yīng)速率要高得多，”Majidi說。

2-DTDMC表現(xiàn)如此之好的原因之一是因?yàn)樗鼈冇兄诩铀黉?空氣電池中發(fā)生的充電和放電反應(yīng)。

“這將是所謂的催化劑的雙功能，”Salehi-Khojin說。

2-D材料還與電解質(zhì)協(xié)同作用-電解質(zhì)是離子在充電和放電期間移動的材料。

“我們使用的2-DTDMC和離子液體電解質(zhì)充當(dāng)助催化劑系統(tǒng)，有助于電子更快地轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)更快的電荷和更高效的儲存和放電能量?！?br/>
“這些新材料代表了一種新的途徑，可以將電池提升到一個(gè)新的水平，我們只需要開發(fā)出更有效和更大規(guī)模生產(chǎn)和調(diào)整它們的方法，”Salehi-Khojin說。