近日，麻省理工學院的研究人員開發出一種新型催化劑，可使鋰空氣電池的充放電效率得到顯著提高，從而使這種高能量密度電池在電動汽車和其他領域應用邁出了重要一步。

該催化劑由Au-Pt合金納米粒子組成。測試發現，電池的放電效率達到了77%，高出之前70%的記錄。這項成果發表在《美國化學會志》雜志上[1]，這種新型催化劑有可能實現商用鋰空氣電池要求的85%-90%的放電效率。

鋰空氣電池，是通過金屬鋰與空氣中的氧氣反應來出現電能。其最引人注目的特點是具有很高的能量密度，是傳統鋰離子電池的3-4倍，這有助于提高電動汽車的續航里程。但鋰空氣電池受到諸多問題的困擾。如充放電效率低，循環壽命短，反應速度慢，且金屬鋰電極在使用過程中容易出現枝晶，導致短路。通過對新催化劑的研究，在改善電池效率的同時，還有助于延長電池的壽命。

當放電時，金屬鋰與氧氣反應生成氧化鋰和并且釋放電子。充電時，釋放出氧氣，且氧化鋰重新被還原成金屬鋰。新催化劑加快了反應速度，從而減少了電池在充放電過程中的能量損失。催化劑中的Au原子促進鋰和氧的結合，而Pt原子則加快了充電反應的進行。

在某些方面，這個發現與之前的假設背道而馳。Pt是已知的促進燃料動力鋰電池中氫氣和氧氣反應的最好的催化劑，且是第一個被用于促進鋰空氣電池中金屬鋰和氧氣反應的催化劑。但實驗表明，催化效果很不理想，于是科學家放棄了使用Pt作為鋰空氣電池的催化劑。但是MIT的研究人員發現，Pt在鋰空氣電池中可用于催化充電過程中氧化鋰釋放出氧氣的反應，并且發現Pt是充電過程中最好的催化劑。

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另一方面，由于Au的不活潑性，通常不會被作為催化劑使用。事實上MIT的研究人員原本是想用Au作為控制反應的手段來測試反應速度。但是令他們吃驚的是，Au在催化鋰和氧的反應中表現的比Pt更加出色。此外，他們發現，當這兩種催化劑結合成納米顆粒一起使用時，催化效果更好。

除了提高效率，加快反應速度，該催化劑還能最大限度地減少氧化鋰的堆積，提高鋰空氣電池的壽命。MIT的研究人員將繼續深入研究Au-Pt催化劑，了解它們是如何工作的，并研究其他材料的組合，以找出新的催化劑。

MIT的研究人員正在努力減少Au和Pt的使用量，以降低催化劑的成本。其中一種方法是選擇價格便宜的納米材料（如錳氧類催化劑），使用這些貴金屬在其表面包裹一層薄膜，達到良好的催化效果。