據(jù)外媒報(bào)導(dǎo)，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（University of Illinois at Chicago, UIC）研究團(tuán)隊(duì)合成了 15 種不同類型的過渡金屬二硫?qū)倩铮╰ransition metal dichalcogenide, TMDC），作為鋰空氣電池（Lithium–air battery）的催化劑材料，可將未來電動(dòng)車一次充電後的續(xù)航里程數(shù)提升至800公里。目前市面上鋰離子電池電動(dòng)車每次充電平均可行駛約 160 公里。
TMDC是一種二維材料的統(tǒng)稱，由元素週期表上部過渡金屬與硫族元素排列組合形成，較有名的組合比如二硒化鎢（WSe2）。TMDC 具有高電子傳導(dǎo)性、原子級(jí)厚度、直接能隙（單層結(jié)構(gòu)）、快速電子轉(zhuǎn)移等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出極優(yōu)秀的光電相互作用，是理想的發(fā)光二極體、柔性太陽能電池、高載子遷移率電晶體。去年成大物理系吳忠霖教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一款破紀(jì)錄的單原子層二極體，即是使用二硒化鎢材料。
鋰空氣電池是一種用鋰作負(fù)極，以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物的電池，比普通鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池裡。研究人員在類比鋰空氣電池的電化學(xué)系統(tǒng)中，測試這 15 種 TMDC 催化劑的性能發(fā)現(xiàn)，新款鋰空氣電池的儲(chǔ)能容量是當(dāng)前鋰離子電池的10倍。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究第一作者、機(jī)械與工業(yè)工程學(xué)院研究生 Leily Majidi 指出，TMDC 催化劑的反應(yīng)速率比傳統(tǒng)金、鉑催化劑還要高，表現(xiàn)如此好的原因之一，是因?yàn)?TMDC 材料具有更好的電子特性和更大的反應(yīng)表面積，有助於加速電池中的充放電反應(yīng)，且同時(shí)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定；此外，二維材料與液態(tài)電解質(zhì)可以說是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，有助於電子更快轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)更快的充電速度與更高效的儲(chǔ)存、放電能量。
這些新二維材料能將電池能量提升不只一個(gè)層次，只不過，鋰空氣電池目前仍處於開發(fā)實(shí)驗(yàn)階段，科學(xué)家還得先找到有效、可大規(guī)模生產(chǎn)鋰空氣電池的方法。
