鋰空氣電池以二維材料為催化劑，能讓電動車充一次電跑 800 公里
作者 Emma stein | 發布日期 2019 年 01 月 14 日
首圖來源：伊利諾大學芝加哥分校
目前，裝備鋰離子電池的電動車每次充電平均可行駛約 160 公里，但伊利諾大學芝加哥分校新研究表明，隨著結合過渡金屬二硫屬化物為催化劑的鋰空氣電池問世，未來電動車每次充完電可以暢跑將近 800 公里。
鋰空氣電池（Lithium–air battery）的陽極（負極）採用金屬鋰，陰極（正極）材料則是空氣中的氧，能夠儲存比鋰離子電池多 10 倍的能量，且重量更輕。
若能再結合由二維材料製成的先進催化劑，用來提高電池內部化學反應速率，讓電池提供更多電荷，那麼根據催化劑材料類型不同，還能讓鋰空氣電池的性能更上一層樓，是電動車、手機、電腦下一代電池革命性替代品。有了鋰空氣電池，這些產品全部可以變成續航力怪獸。
最近伊利諾大學芝加哥分校（UIC）團隊便合成了 15 種不同類型的過渡金屬二硫屬化物，將之做為鋰空氣電池的催化劑材料，並在模擬鋰空氣電池的電化學系統中，測試這 15 種 TMDC 催化劑的性能。
過渡金屬二硫屬化物（transition metal dichalcogenide，TMD、TMDC）是一種二維材料的統稱，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（WSe 2 ）；去年年末，成大物理系吳忠霖教授團隊研發出一款破紀錄的單原子層二極體，即是使用二硒化鎢材料。
TMDC 具有高電子傳導性、原子級厚度、直接能隙（單層結構）、快速電子轉移等優點，表現出極優秀的光電相互作用，是理想的發光二極體、柔性太陽能電池、高載子遷移率電晶體。
根據實驗結果，研究第一作者、機械與工業工程學院研究生 Leily Majidi 指出，TMDC 催化劑的反應速率比傳統金、鉑催化劑還要高，表現如此好的原因之一，是因為 TMDC 材料具有更好的電子特性和更大的反應表面積，有助於加速電池中的充放電反應，且同時結構保持穩定；此外，二維材料與液態電解質可說是強強聯手，有助於電子更快轉移，實現更快的充電速度與更高效的儲存、放電能量。
這些新二維材料能將電池能量提升不只一個層次，只不過，鋰空氣電池目前仍處於開發實驗階段，科學家還得先找到有效、可大規模生產鋰空氣電池的方法。
