新型催化劑大幅提升鋰空電池性能

材料牛注：鋰空氣電池由于其較高的比容量，一直是研究人員的寵兒。然而催化劑對其有巨大影響，德州大學達拉斯分校的研究人員的研究將對手機、電動汽車的電池打開一扇大門。

達拉斯埃里克喬森工程與計算機科學學院材料工程系的教授Dr. Kyeongjae Cho發現了針對鋰空氣電池的新型催化劑材料極大地提高了電池容量。這項研究發表在Nature Energy上。

“盡管全世界很多科研小組都在做這項很有挑戰性的研究，卻沒有產業化投入到生活當中運用。但是鋰空電池仍有很大的發展前景。” Cho說。“這是令人興奮的進展，Yongping Zheng（德克薩斯大學達拉斯分校研究生）和我們團隊已經證明這個問題可以得到解決。希望這一發現將振興在這一領域的研究，為進一步發展創造勢頭。”

鋰空氣電池(或鋰氧電池)“呼吸”空氣中的氧氣，進行化學反應釋放電能，而不是像鋰離子電池一樣存儲一個內部氧化劑。因此鋰空氣電池擁有的能量密度堪比汽油——是目前鋰離子電池的理論能量密度的10倍左右。擁有巨大的儲存可再生能源的潛力,特別是在移動設備和電動汽車等應用。

不管是在成本上還是重量在上，鋰空氣電池都只是目前市場上電池的五分之一，但它可以讓電動汽車行駛400英里，還可以讓智能手機連續工作一星期而不用再次充電。

到目前為止，鋰空氣電池的比容量還沒有取得了階段性的結果。Cho說，盡管一些大公司和大學都一直在努力。但直到現在，這些嘗試最終得到的結果只是低效率和倍率性差，以及不穩定和不需要的化學反應。

Cho 和 Zheng介紹了他們的新研究，他們著重于研究電池內部的電解液催化劑，當其與氧結合時，產生化學反應而產生電池容量。研究人員說可溶性的催化劑比傳統的固體催化劑具有明顯的優勢,通常表現出更高的效率。特別是,他們發現某些有機材料可以用作可溶性催化劑。

基于這一背景，Cho 和 Zheng與首爾國立大學的研究人員合作,發現了一個名為二氨基吩嗪的鋰空氣電池的新催化劑,具有更高的穩定性，同時還能提高電壓效率。

“催化劑使鋰空氣電池成為一個更實際的能源存儲解決方案，” Zheng說。

據Cho所說,他的催化劑研究對額外的技術進步打開了一扇門。但可能需要五到十年的時間將之前的研究應用在消費者的設備和電動車的電池上。

他已經把最新研究提供給了汽車制造商和電信公司，這些公司表示對他的研究有興趣。

“汽車和移動設備電池正面臨嚴峻的挑戰，因為它們需要更高的容量！”他說。“這是一個重大的一步，希望將重振對鋰空氣電池研究具有應用前景，使它產業化而不僅僅是一個學術研究。”

研究的合作者包括首爾國立大學Kisuk Kang博士領導的研究人員。這項研究是由現代汽車公司和韓國國家研究基金會資助的。

論文地址：rational design of redox mediators for advanced Li–O₂ batteries

原文參考鏈接：Discovery could energize development of longer-lasting batteries

感謝材料人編輯部王宇供稿