锂空气电池有望成为目前用于电动汽车，手机和电脑的锂离子电池的下一代革命性替代品。
锂空气电池目前仍处于开发的实验阶段，能够储存比锂离子电池多10倍的能量，并且它们更轻。也就是说，锂 - 空气电池可以更高效，并且通过结合由二维材料制成的先进催化剂提供更多电荷。催化剂有助于提高电池内部的化学反应速率，并且根据制造催化剂的材料类型，它们可以帮助显着提高电池保持和提供能量的能力。
“我们将需要非常高能量密度的电池来为移动电话，笔记本电脑甚至电动汽车中的先进技术提供动力，”UIC工程学院机械和工业工程副教授Amin Salehi-Khojin说。Salehi-Khojin及其同事合成了几种可用作催化剂的二维材料。当将多种2D材料结合到作为催化剂的实验锂 - 空气电池中时，使得电池能够比包含传统催化剂的锂 - 空气电池保持多达10倍的能量。他们的研究结果发表在“ 高级材料 ”杂志上。
“目前，电动汽车平均每次充电约100英里，但随着二氧化碳催化剂加入锂空气电池，我们可以提供接近400至500英里的每次充电，这将是一个真正的改变游戏规则，”Salehi- Khojin，也是该论文的通讯作者。“这将是储能的巨大突破。”
Salehi-Khojin及其同事合成了15种不同类型的2D过渡金属二硫化物或TMDC。TMDC是独特的化合物，因为它们具有高电子传导性和快速电子转移，可用于参与与其他材料的反应，例如在充电和放电期间在电池内发生的反应。
研究人员在模拟锂 - 空气电池的电化学系统中实验研究了15种TMDC作为催化剂的性能。
“在2D形式下，这些TMDC具有更好的电子特性和更大的反应表面积，可以参与电池内的电化学反应，同时它们的结构保持稳定，”UIC工程学院研究生，第一作者Leily Majidi解释道。论文。
“与使用金或铂等传统催化剂相比，这些材料的反应速率要高得多，”Majidi说。
2D TDMC表现如此之好的原因之一是因为它们有助于加速锂 - 空气电池中发生的充电和放电反应。
“这将是所谓的催化剂的双功能，”Salehi-Khojin说。
2D材料还与电解质协同作用 - 电解质是离子在充电和放电过程中移动的材料。
“我们使用的2D TDMC和离子液体电解质充当助催化剂系统，有助于电子更快地转移，从而实现更快的电荷和更高效的储存和放电能量。”
“这些新材料代表了一种新的途径，可以将电池提升到一个新的水平，我们只需要开发出更有效和更大规模生产和调整它们的方法，”Salehi-Khojin说。
伊利诺伊大学芝加哥分校的Poya Yasaei，Zahra Hemmat，Pedram Abbasi，Shadi Fuladi，Xuan Hu，Robert Klie，Fatemeh Khalili-Araghi和Baharak Sayahpour以及Purdue大学的Robert Warburton和Jeffrey Greeley都是本文的共同作者。
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