目前的發(fā)展方向是使這種電池能適用于電動汽車。
由麻省理工學(xué)院的研究人員研發(fā)的一種催化劑使鋰-空氣電池的充電效率有了顯著的提高——這使這種高能量密度電池適用于電動汽車及其他領(lǐng)域的目標(biāo)邁近了一步。
空氣催化劑：金和鉑的合金納米微粒（深色的區(qū)域）位于炭黑色基底上（淺色圖案）；這些材料共同提高了鋰-空氣電池的效率。
該催化劑由金和鉑的合金納米微粒組成；在測試中，它能將充電能量的77%作為電能釋放出來。研究人員說，這比之前公布的70%左右的記錄還要高。6月第2周，《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）在線發(fā)表了這項(xiàng)研究，該研究提出了一種制造鋰-空氣電池催化劑的新方法，它甚至能達(dá)到比商用電池所需的85%～90%更高的效率。
鋰-空氣電池通過鋰和空氣中的氧反應(yīng)來產(chǎn)生電能，由于其具有儲存能量高的潛力而受到關(guān)注。與相同重量的如今使用的鋰離子電池相比，鋰-空氣電池可以實(shí)際存儲多達(dá)3倍的能量，比如，可以延長電動汽車的行駛距離。
但鋰-空氣電池樣品也存在一些問題。除了非常的低效之外，它們通常只能持續(xù)幾十個充電和放電周期。它們也不活躍，只能緩慢地釋放能量，并容易被二氧化碳和水污染。作為其中一個電極的金屬鋰非?；钴S，具有危險(xiǎn)性，并最終形成會導(dǎo)致短路的樹狀晶體。
為了提高電池的效率，這項(xiàng)新的催化劑研究由材料科學(xué)工程和機(jī)械工程教授楊紹紅（Yang Shao-Horn）領(lǐng)導(dǎo)，與機(jī)械工程和生物工程教授金柏莉•哈邁德-斯契費(fèi)爾利（Kimberly Hamad-Schifferli）合作，設(shè)法解決其中最重要的問題。該催化劑有助于延長電池壽命。
當(dāng)鋰-空氣電池放電時，金屬鋰與氧氣起反應(yīng)生成氧化鋰并釋放電子。當(dāng)充電時，氧氣被釋放，金屬鋰被還原。新的催化劑促進(jìn)了這些反應(yīng)，由此減少了電池充放電時能量的損失。催化劑里的金原子可以促進(jìn)鋰和氧的結(jié)合；而鉑原子則有助于還原反應(yīng)，釋放氧。
在某些方面，研究結(jié)果有悖于之前的假設(shè)。鉑是已知的能促進(jìn)燃料電池中氫氧結(jié)合的最好的催化劑之一，是最早試用于鋰-空氣電池用來催化鋰和氧的材料之一。但是實(shí)驗(yàn)表明，鉑的表現(xiàn)并不好，所以它被放棄了。
麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，鉑在鋰-空氣電池中是有用的，但只是在逆向反應(yīng)——充電過程中從氧化鋰中釋放氧——中有用。楊紹紅說：“大家都知道鉑在電池放電時不活躍，但我們發(fā)現(xiàn)，鉑在充電反應(yīng)中是最好的催化劑之一。”
楊紹紅表示，另一方面，由于金的惰性，它通常被認(rèn)為是一種不良的催化劑。事實(shí)上，麻省理工學(xué)院的研究人員是第一次使用金控制實(shí)驗(yàn)，來測量使用不良催化劑的反應(yīng)。令他們吃驚的是，他們發(fā)現(xiàn)，金在催化鋰和氧的結(jié)合時表現(xiàn)出色——比鉑好很多（在楊紹紅的研究小組發(fā)現(xiàn)這點(diǎn)之前的幾個月，豐田公司的研究者就已經(jīng)演示了這一成果，并注冊了專利）。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩種催化劑在納米微粒狀態(tài)下結(jié)合時效率更高。楊紹紅說：“它們在一起工作時會相互促進(jìn)。”
除了提高效率，促進(jìn)這些反應(yīng)還有望增加鋰-空氣電池可充電的次數(shù)——通過減少會阻塞電池的氧化鋰。當(dāng)麻省理工學(xué)院的研究人員繼續(xù)研發(fā)鋰-空氣電池時，他們將探討這種可能性；他們會更細(xì)致地研究金鉑催化劑，以了解它們是如何工作的；并通過對不同材料的組合來研發(fā)新的催化劑。
麻省理工學(xué)院的研究人員正努力通過使用少量的鉑和金來降低催化劑的成本。一種方法是，在較便宜的材料制成的納米微粒表層涂上薄薄的一層貴重的金屬。法國庇卡底大學(xué)（Universite de Picardie Jules Verne）教授讓•馬里•塔拉斯孔（Jean-Marie Tarascon）表示，其他研究人員已經(jīng)證實(shí)，廉價(jià)的氧化錳催化劑對鋰-空氣電池有效。他說目前這些材料已被證明比楊紹紅的催化劑更有效率。
