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一種可充電的吸氣式電池，其儲能能力高達當今傳統電池的 10 倍 鋰離子電池，這可能正是使電動汽車變得實用的突破——如果它能走出實驗室的話。世界各地的科學家都在尋找合適的材料組合，以使實用的鋰空氣電池成為現實，更不用說經受住反覆充電和放電的嚴苛考驗。
然而，今天，化學家們揭示了一種似乎能解決問題的新材料：黃金。
蘇格蘭聖安德魯斯大學的研究人員是第一個承認用黃金製造電動汽車電池是不切實際的。但是，透過在實驗電池中使用黃金，他們在實現可行的、可大規模生產的鋰電池方面邁出了關鍵一步，這種電池可以為電動汽車充電數百公里。
聖安德魯斯大學的化學家們在週五發表在《科學》雜誌上的一篇論文中，描述了一種實驗性鋰空氣電池，該電池採用有機電解質（二甲基亞碸）和多孔金電極，在 100 次充放電迴圈後仍保持 95% 的容量。
科學家們對鋰空氣電池感興趣，因為當前的鋰離子技術具有固有的儲存容量限制，註定它不能成為電動汽車的長期選擇。電動汽車中使用的鋰離子電池依賴於金屬氧化物或金屬磷酸鹽（通常是鈷、錳或鐵基材料）正極、碳基負極和電解質，以將鋰離子從一個電極傳導到另一個電極。當汽車行駛時，鋰離子透過電解質和隔膜從負極流向正極。為電池充電會逆轉離子流的方向。然而，可以儲存在這些電極中的離子數量有限，促使研究人員尋找新的方向。
聖安德魯斯大學化學教授彼得·布魯斯表示：“就能量密度而言，鋰離子電池在許多方面是我們目前擁有的最好的電池，它們將在相當長一段時間內與我們同在，包括在電動汽車中。 “但我們已經知道，如果我們能將這些電池的儲能能力提高一倍，那將是可能的極限。鋰離子電池將無法滿足我們未來的需求，因此人們有興趣研究鋰空氣電池等替代品。”
原則上，鋰空氣電池會在汽車行駛時從空氣中收集氧氣。這意味著它們不需要重金屬氧化物，這些氧化物會增加電池的重量，但提供的儲存空間有限。氧分子與多孔金正極表面的鋰離子和電子反應，形成過氧化鋰。這種放電過程中過氧化鋰的形成會產生電流，為汽車的電機供電。充電時，會發生相反的反應——氧氣被釋放回大氣中。
布魯斯說，到目前為止，正在測試用於鋰空氣電池的陰極和電解質會分解和降解，以至於幾乎沒有過氧化鋰形成，或者僅在幾次充放電迴圈後才部分形成和分解。他和聖安德魯斯大學的同事張全鵬、斯特凡·弗倫伯格和陳玉輝一直在尋找一種可以在多個迴圈中重複進行的電極反應。
考慮到需要降低電池成本，聖安德魯斯大學的研究小組建議，一種選擇可能是用黃金塗覆碳，而不是使用全金電極，並觀察結果是否具有可比性。
布魯斯說：“我們已經證明，空氣電池中需要發生的電化學反應確實有效，並且似乎是可逆的。” 他和他的團隊轉向黃金作為可能的電極材料，因為這種金屬是在非水（由水以外的液體制成）系統中氧還原的穩定基底。多孔金的使用為固體過氧化鋰的摻入提供了空隙，這是平面（平坦、無孔）金所不具備的。“我們真的不知道奈米多孔金的什麼特性似乎賦予了我們這種程度的穩定性，還需要做更多的工作來確定這一點，”他承認。
鋰空氣電池研究也在阿貢國家實驗室、麻省理工學院、IBM 和其他地方進行，敬請關注。