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編者按：鋰空氣電池采用二維材料上自由運動制成的先進催化劑，儲能能力是普通鋰離子電池的10倍，重量也輕得多，有效突破原始電池儲能。

鋰空氣電池有望成為目前電動汽車、手機和電腦使用的鋰離子電池的下一個革命性替代品。

　　
鋰空氣電池目前仍處于研發(fā)的試驗階段，它的儲能能力是普通鋰離子電池的10倍，而且重量也輕得多。也就是說，如果采用二維材料(指電子僅可在兩個維度的非納米尺度[1-100nm]上自由運動[平面運動]的材料)制成的先進催化劑，鋰空氣電池的效率甚至可能更高，充電能力也會更強。催化劑有助于提高電池內(nèi)部的化學反應速率，而且根據(jù)催化劑所使用的材料的類型，它們可以顯著提高電池保持和提供能量的能力。

　　
UICs工程學院機械與工業(yè)工程副教授Amin Salehi-Khojin說：“我們將需要非常高的能量密度來為手機、筆記本電腦，尤其是電動汽車所采用的新技術提供動力。”Salehi-Khojin和他的同事合成了幾種可以作為催化劑的二維材料。他們發(fā)現(xiàn)一些二維材料，當作為催化劑加入實驗鋰空氣電池時，使電池比含有傳統(tǒng)催化劑的鋰空氣電池的能量多出10倍。他們的研究結果發(fā)表在《先進材料》雜志上。

　　
這篇論文的通訊作者薩利希-霍金(Salehi-Khojin)說，目前，電動汽車每次充電平均行駛約100英里，但如果在鋰空氣電池中加入二維材料催化劑，我們可以每次充電行駛近400到500英里，這將是一個真正的游戲規(guī)則改變者。這將是能源儲存的一個巨大突破。

Salehi-Khojin和他的同事合成了15種不同類型的二維過渡金屬雙硫族化合物。TMDCs是一種獨特的化合物，因為它具有很高的電子導電性和快速的電子轉移能力，可以用來參與和其他材料的反應，例如在充電和放電時電池內(nèi)部發(fā)生的反應。

　　
研究人員在模擬鋰空氣電池的電化學系統(tǒng)中實驗了15種TMDCs作為催化劑的性能。

　　
UIC工程學院的研究生Leily Majidi是這篇論文的第一作者，他解釋說，在二維結構下，TMDCs具有更好的電子性能和更大的反應表面積，可以在結構穩(wěn)定的情況下參與電池內(nèi)的電化學反應。

　　
Majidi說，與金或鉑等傳統(tǒng)催化劑相比，這些材料的反應速度要快得多。

　　
2D TMDCs表現(xiàn)如此出色的原因之一是，它們有助于加速鋰空氣電池的充放電反應。

　　
Salehi-Khojin說，這就是所謂的催化劑的雙功能。

　　
二維材料還能與電解質(zhì)協(xié)同作用，電解質(zhì)是離子在充電和放電過程中通過的材料。

　　
我們使用的2D TDMCs和離子液體電解質(zhì)作為一個輔助催化劑系統(tǒng)，幫助電子更快地轉移，導致了更快的電荷轉移、更有效的儲存和釋放能量。

　　
Salehi-Khojin說：“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。我們只需要找到方法，在更大的規(guī)模上更有效地生產(chǎn)和調(diào)整電池。”

　　
芝加哥伊利諾伊大學的Poya Yasaei、Zahra Hemmat、Pedram Abbasi、Shadi Fuladi、Xuan Hu、Robert Klie、Fatemeh Khalili-Araghi和Baharak Sayahpour以及普渡大學的Robert Warburton和Jeffrey Greeley是這篇論文的共同作者。

　　
這項研究得到了國家科學基金會DMREF基金1729420的部分支持。