【写作竞赛】烧绿石型催化剂:锂-空气电池发展新希望

随着经济社会的发展,能源和环境问题越来越引起人们的关注,寻找环境友好可持续发展的能源技术已成为科学家的首要任务之一。近年来,锂离子电池已经广泛应用于社会各领域,然而其比能量密度还远远不能满足新能源汽车的动力源和二次清洁能源储能的要求。锂-空气二次电池因具有高出锂离子电池1~2个数量级的理论比能量,是有望取代当前锂离子电池的下一代高性能化学电源。然而,受限于高性能空气电极用催化剂的缺乏,现有锂-空气电池仍然存在过电位大、能量转化效率低、倍率性能差和循环寿命短等亟待解决的难题。

早期的空气电极用催化剂均用于酯类电解液中,其作用被证明为促进电解液分解,而没有真正催化锂-空气电池的核心反应。随着具有更高稳定性的醚类电解液在锂-空气电池中的普及,本领域急需发展一种在惰性电解液中具有真正催化活性的催化剂。

 最近,加拿大滑铁卢大学化学学院的研究人员在新型锂-空气电池用催化剂研究中取得重大进展。研究人员采用一种新颖的化学氧化前驱体水溶液的方法,制备了具有烧绿石结构的复合氧化物纳米晶体。基于大的比表面积、丰富的表面活性位点、可变化的氧化还原态以及良好的电子传输能力,该材料在锂-空气电池中表现出卓越的氧析出催化活性,极大地提高了电池的比容量,显著地降低了充放电过电位。同时,该研究组巧妙地将具有良好氧还原催化活性的金纳米晶粒引入到烧绿石催化剂表面上,成功构筑了同时具有氧还原和氧析出催化活性的双功能催化剂。

研究者首次将非贵金属催化剂成功应用于醚基锂-空气电池领域,为该领域高效催化剂的研究重新燃起了的希望。另外,新颖的催化剂制备方法和分子微观设计的思想,将为促进锂-空气电池的研究和开发提供科学依据。此催化剂同样适用于燃料电池、金属空气电池和其他能源存储器件上,具有广阔的应用前景。