创储能纪录的锂空气电池

目前的发展方向是使这种电池能适用于电动汽车。由麻省理工学院的研究人员研发的一种催化剂使锂-空气电池的充电效率有了显著的提高这使这种高能量密度电池适用于电动汽车及其他领域的目标迈近了一步。

空气催化剂：金和铂的合金纳米微粒（深色的区域）位于炭黑色基底上（浅色图案）；这些材料共同提高了锂-空气电池的效率。该催化剂由金和铂的合金纳米微粒组成；在测试中，它能将充电能量的77%作为电能释放出来。研究人员说，这比之前公布的70%左右的记录还要高。六月第2周，《美国化学会志》（JournaloftheAmericanChemicalSociety）在线发表了这项研究，该研究提出了一种制造锂-空气电池催化剂的新方法，它甚至能达到比商用电池所需的85%～90%更高的效率。

锂-空气电池通过锂和空气中的氧反应来出现电能，由于其具有储存能量高的潜力而受到关注。与相同重量的如今使用的锂离子电池相比，锂-空气电池可以实际存储多达3倍的能量，比如，可以延长电动汽车的行驶距离。

但锂-空气电池样品也存在一些问题。除了非常的低效之外，它们通常只能持续几十个充电和放电周期。它们也不活跃，只能缓慢地释放能量，并容易被二氧化碳和水污染。作为其中一个电极的金属锂非常活跃，具有危险性，并最终形成会导致短路的树状晶体。为了提高电池的效率，这项新的催化剂研究由材料科学工程和机械工程教授杨绍红（YangShao-Horn）领导，与机械工程和生物工程教授金柏莉哈迈德-斯契费尔利（KimberlyHamad-Schifferli）合作，设法解决其中最重要的问题。该催化剂有助于延长电池寿命。

当锂-空气电池放电时，金属锂与氧气起反应生成氧化锂并释放电子。当充电时，氧气被释放，金属锂被还原。新的催化剂促进了这些反应，由此减少了电池充放电时能量的损失。催化剂里的金原子可以促进锂和氧的结合；而铂原子则有助于还原反应，释放氧。

在某些方面，研究结果有悖于之前的假设。铂是已知的能促进燃料动力锂电池中氢氧结合的最好的催化剂之一，是最早试用于锂-空气电池用来催化锂和氧的材料之一。但是实验表明，铂的表现并不好，所以它被放弃了。

麻省理工学院的研究人员发现，铂在锂-空气电池中是有用的，但只是在逆向反应充电过程中从氧化锂中释放氧中有用。杨绍红说：大家都了解铂在电池放电时不活跃，但我们发现，铂在充电反应中是最好的催化剂之一。

杨绍红表示，另一方面，由于金的惰性，它通常被认为是一种不良的催化剂。事实上，麻省理工学院的研究人员是第一次使用金控制实验，来测量使用不良催化剂的反应。令他们吃惊的是，他们发现，金在催化锂和氧的结合时表现出色比铂好很多（在杨绍红的研究小组发现这点之前的几个月，丰田公司的研究者就已经演示了这一成果，并注册了专利）。此外，研究人员发现，这两种催化剂在纳米微粒状态下结合时效率更高。杨绍红说：它们在一起工作时会相互促进。

除了提高效率，促进这些反应还有望新增锂-空气电池可充电的次数通过减少会阻塞电池的氧化锂。当麻省理工学院的研究人员继续研发锂-空气电池时，他们将探讨这种可能性；他们会更细致地研究金铂催化剂，以了解它们是如何工作的；并通过对不同材料的组合来研发新的催化剂。

麻省理工学院的研究人员正努力通过使用少量的铂和金来降低催化剂的成本。一种方法是，在较便宜的材料制成的纳米微粒表层涂上薄薄的一层贵重的金属。法国庇卡底大学（UniversitedePicardieJulesVerne）教授让马里塔拉斯孔（Jean-MarieTarascon）表示，其他研究人员已经证实，廉价的氧化锰催化剂对锂-空气电池有效。他说目前这些材料已被证明比杨绍红的催化剂更加有效率。