鋰空氣電池有望成為目前用于電動汽車，手機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驗開發階段，但其在能量密度方面表現出來的優勢已經得到了認可，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部的化學反應速率、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催化劑配合使用，有望進一步提升鋰空氣電池的性能。

phys.org網站1月10日報道，美國伊利諾伊大學芝加哥分校副教授AminSalehi-Khojin的團隊在《先進材料》（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。這將是儲能領域的一個重大突破?！?/p>

AminSalehi-Khojin團隊共合成了15種不同類型的二維過渡金屬二硫化合物（TMDCs）。TMDCs是一種性質獨特的化合物，它具有良好的導電性和電子快速轉移能力，可以用于促進電池充、放電過程中的化學反應。研究人員對15種TMDCs在鋰空氣電池模擬系統中的催化性能進行了研究。論文第一作者、伊利諾伊大學芝加哥分校研究生LeilyMajidi解釋說：“將TMDCs設計成二維結構，可獲得更好的更好的電子性能和更大的反應表面積，從而使其以更穩定的結構參與電池內的電化學反應。與鉑、金等傳統催化劑相比，二維TMDCs的催化性能要強得多?！?/p>

此外，這種二維材料還能與電解質產生協同作用。AminSalehi-Khojin說：“我們開發的二維TMDCs材料可與離子液體電解質產生協同效應，幫助電子更快地轉移，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。現在我們需要做的，就是找到優化材料性能和大規模生產這種材料的方法?！?/p>

研究人員在模擬鋰-空氣電池的電化學系統中實驗研究了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表面積，可以參與電池內的電化學反應，同時它們的結構保持穩定，”UIC工程學院的研究生LeilyMajidi解釋說，該論文的作者。

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

2-DTDMC表現如此之好的原因之一是因為它們有助于加速鋰-空氣電池中發生的充電和放電反應。

“這將是所謂的催化劑的雙功能，”Salehi-Khojin說。

2-D材料還與電解質協同作用-電解質是離子在充電和放電期間移動的材料。

“我們使用的2-DTDMC和離子液體電解質充當助催化劑系統，有助于電子更快地轉移，從而實現更快的電荷和更高效的儲存和放電能量?！?/p>

“這些新材料代表了一種新的途徑，可以將電池提升到一個新的水平，我們只需要開發出更有效和更大規模生產和調整它們的方法，”Salehi-Khojin說。