MIT发现可大幅提升锂空气电池充放电效率的新催化剂

最近，麻省理工学院的研究人员开发了一种新型催化剂，可以显著提高锂空气电池的充放电效率，从而使这种高能量密度电池在电动汽车等领域的应用迈出了重要一步。（图为催化剂的TEM照片：黑色颗粒为Au-Pt合金纳米颗粒，较轻区域为炭黑。）

该催化剂由Au-Pt合金纳米颗粒组成。测试发现，电池的放电效率达到77%，高于之前70%的记录。这一成果发表在《美国化学学会杂志》上，这种新型催化剂可以达到商用锂空气电池所需的85%-90%的放电效率。

锂空气电池通过金属锂与空气中的氧气反应产生电能。它最引人注目的特点是能量密度高，是传统锂离子电池的3-4倍，有助于提高电动汽车的续航里程。然而，锂空气电池存在许多问题。例如，充放电效率低，循环寿命短，反应速度慢，金属锂电极在使用过程中容易产生枝晶，从而导致短路。通过对新型催化剂的研究，可以提高电池效率，延长电池寿命。

当放电时，金属锂与氧反应生成氧化锂并释放电子。充电时，氧气被释放，氧化锂再次被还原为金属锂。新型催化剂加快了反应速度，从而减少了电池在充电和放电过程中的能量损失。催化剂中的Au原子促进锂和氧的结合，而Pt原子加速充电反应。

在某些方面，这一发现与之前的假设背道而驰。Pt是已知的促进燃料电池中氢气和氧气之间反应的最佳催化剂，也是锂空气电池中第一种用于促进金属锂和氧气之间的反应的催化剂。然而，实验表明催化效果并不理想，因此科学家放弃了使用Pt作为锂空气电池的催化剂。然而，麻省理工学院的研究人员发现，Pt可以用来催化锂氧化物在充电过程中释放氧气的反应，并发现Pt是充电过程中最好的催化剂。

另一方面，由于Au的不活泼性，它通常不被用作催化剂。事实上，麻省理工学院的研究人员最初想用Au作为控制反应的手段来测试反应速度。但令他们惊讶的是，在催化锂和氧之间的反应方面，Au比Pt更好。此外，他们发现，当这两种催化剂结合成纳米颗粒时，催化效果更好。

该催化剂除了可以提高效率、加快反应速度外，还可以最大限度地减少氧化锂的积累，提高锂空气电池的寿命。麻省理工学院的研究人员将继续深入研究Au-Pt催化剂，了解它们是如何工作的，并研究其他材料的组合，以寻找新的催化剂。

麻省理工学院的研究人员正试图减少Au和Pt的使用，以降低催化剂的成本。一种方法是选择廉价的纳米材料（如氧化锰催化剂），并用这些贵金属在其表面包裹一层薄膜，以达到良好的催化效果。

（编辑：李燕郊）最近，麻省理工学院的研究人员开发了一种新型催化剂，可以显著提高锂空气电池的充放电效率，从而使这种高能量密度电池在电动汽车等领域的应用迈出了重要一步。（图为催化剂的TEM照片：黑色颗粒为Au-Pt合金纳米颗粒，较轻区域为炭黑。）

该催化剂由Au-Pt合金纳米颗粒组成。测试发现，电池的放电效率达到77%，高于之前70%的记录。这一成果发表在《美国化学学会杂志》上，这种新型催化剂可以达到商用锂空气电池所需的85%-90%的放电效率。

锂空气电池通过金属锂与空气中的氧气反应产生电能。它最引人注目的特点是能量密度高，是传统锂离子电池的3-4倍，有助于提高电动汽车的续航里程。然而，锂空气电池存在许多问题。例如，充电和放电效率低，循环寿命短……

反应速度慢，金属锂电极在使用过程中容易产生枝晶，导致短路。通过对新型催化剂的研究，可以提高电池效率，延长电池寿命。

当放电时，金属锂与氧反应生成氧化锂并释放电子。充电时，氧气被释放，氧化锂再次被还原为金属锂。新型催化剂加快了反应速度，从而减少了电池在充电和放电过程中的能量损失。催化剂中的Au原子促进锂和氧的结合，而Pt原子加速充电反应。

在某些方面，这一发现与之前的假设背道而驰。Pt是已知的促进燃料电池中氢气和氧气之间反应的最佳催化剂，也是锂空气电池中第一种用于促进金属锂和氧气之间的反应的催化剂。然而，实验表明催化效果并不理想，因此科学家放弃了使用Pt作为锂空气电池的催化剂。然而，麻省理工学院的研究人员发现，Pt可以用来催化锂氧化物在充电过程中释放氧气的反应，并发现Pt是充电过程中最好的催化剂。

另一方面，由于Au的不活泼性，它通常不被用作催化剂。事实上，麻省理工学院的研究人员最初想用Au作为控制反应的手段来测试反应速度。但令他们惊讶的是，在催化锂和氧之间的反应方面，Au比Pt更好。此外，他们发现，当这两种催化剂结合成纳米颗粒时，催化效果更好。

该催化剂除了可以提高效率、加快反应速度外，还可以最大限度地减少氧化锂的积累，提高锂空气电池的寿命。麻省理工学院的研究人员将继续深入研究Au-Pt催化剂，了解它们是如何工作的，并研究其他材料的组合，以寻找新的催化剂。

麻省理工学院的研究人员正试图减少Au和Pt的使用，以降低催化剂的成本。一种方法是选择廉价的纳米材料（如氧化锰催化剂），并用这些贵金属在其表面包裹一层薄膜，以达到良好的催化效果。

（编辑：李燕郊）

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