金屬空氣電池（MAB）具有儲能高、重量輕、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被視為重要的電動汽車潛在應(yīng)用技術(shù)。最近，韓國蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）下屬的研究小組開發(fā)了一種新催化劑，可以提高M(jìn)AB電池的性能，比如充放電效率。

據(jù)外媒報(bào)道，韓國蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）能源與化學(xué)工程學(xué)院GuntaeKim教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，推出新型復(fù)合催化劑，有效提升MAB電池的充放電性能。他們將極薄的金屬氧化物薄膜沉積在鈣鈦礦催化劑表面，通過兩種催化劑之間自然形成的界面，提高新催化劑的整體性能和穩(wěn)定性。

MAB是最輕、最緊湊的電池之一，采用由純金屬制成的負(fù)極，如鋰、鋅、鎂和鋁，以及空氣正極，通過大氣中的氧氣與金屬發(fā)生反應(yīng)來產(chǎn)生電流。目前，MAB電池采用鉑等貴金屬作為催化劑，雖然催化效果較好，但是成本太高，使其商業(yè)化應(yīng)用受到阻礙。與此同時，作為替代的鈣鈦礦催化劑，表現(xiàn)出良好的催化性能，但是激活率較低。

Kim教授將兩種催化劑組合在一起，使其形成新型復(fù)合催化劑，解決這一問題。在充放電反應(yīng)中，每種催化劑都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。充電性能良好的金屬催化劑（鈷氧化物），被沉積在非常薄的錳基鈣鈦礦催化劑（LSM）層體上，而LSM的放電性能很好。結(jié)果表明，當(dāng)沉積過程重復(fù)20次時，兩種催化劑的協(xié)同效應(yīng)達(dá)到最佳。

本項(xiàng)研究首席作者ArimSeong表示：“在原子層沉積（ALD）過程中，經(jīng)過反復(fù)沉積和氧化循環(huán)，錳離子從LSM擴(kuò)散到Co3O4。因此，LSM和自重建尖晶石夾層（Co3O4/MnCo32O4/LSM）構(gòu)成LSM-20-co催化劑，從而增強(qiáng)LSM-20-Co混合催化劑的催化活性，使得ORR和OER在堿性溶液中的雙功能電化學(xué)性能更優(yōu)越。”

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研究小組稱：“據(jù)我們所知，本次研究首次涉及在ALD過程中由原位陽離子擴(kuò)散形成的自重構(gòu)中間層，為堿性鋅空氣電池設(shè)計(jì)出高效穩(wěn)定的雙功能催化劑?！?/p>

Kim教授表示：“我們的研究成果為高效電催化劑提供了自重構(gòu)中間層的合理設(shè)計(jì)策略。因此，此項(xiàng)研究工作可為合理設(shè)計(jì)鈣鈦礦材料金屬氧化物提供參考。”

什么是金屬空氣電池？

金屬-空氣電池是以電極電位較負(fù)的金屬如鎂、鋁、鋅、汞、鐵等作負(fù)極，以空氣中的氧或純氧作正極的活性物質(zhì)。鋅-空氣電池在金屬-空氣電池系列中是研究最多且已廣泛應(yīng)用的一種電池，近20年來圍繞二次鋅-空氣電池科學(xué)家做了大量的研究。日本三洋公司已制出大容量的二次鋅-空氣電池，采用空氣和電液受力循環(huán)的辦法，研制出電壓為125V容量為560A·h的牽引車用的鋅-空氣電池。據(jù)報(bào)道已在車輛上應(yīng)用，其放電電流密度可達(dá)80mA/cm2，最高可達(dá)130mA/cm2。法國及日本的一些公司采用循環(huán)鋅漿的辦法制成鋅-空氣二次電流，活性物質(zhì)的恢復(fù)在電池外部進(jìn)行，其實(shí)際比能量達(dá)115W·h/kg。

近年，作為一種新型電池，以鋰空氣電池為代表的金屬空氣電池越來越多地獲得研發(fā)人員和市場相關(guān)者的矚目。如果這種電池能過研發(fā)成功，將大幅度提高車載電池的性能，使電動車的續(xù)航能力達(dá)到或超過現(xiàn)有汽油、柴油發(fā)動機(jī)車的水準(zhǔn)。

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如果金屬空氣電池的研究能夠取得突破，在與內(nèi)燃機(jī)動力車以及燃料電池車的續(xù)航歷程競爭中，目前處于劣勢的電動車將會脫穎而出。而空氣電池將會取代目前主流的鋰離子電池，一舉登上霸主地位。

目前國外已經(jīng)有公司推出了金屬空氣電池，可以徹底改變清潔能源生產(chǎn)方式，該電池技術(shù)利用石墨烯材料實(shí)現(xiàn)電池的商業(yè)可行性和經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)的鋰離子電池儲存能量，而不產(chǎn)生能量。按照市場上某種電動汽車為例，一輛電動汽車?yán)m(xù)航里程達(dá)100至150公里，充電需要5至6個小時。但是金屬空氣電池技術(shù)可將電池能量密度提高十倍，幾分鐘內(nèi)將該電池金屬更換好后，電動汽車?yán)m(xù)航里程可超過1000公里。

石墨烯金屬電池技術(shù)通過產(chǎn)生能量繼續(xù)汽車的行駛，基本可實(shí)現(xiàn)完全清潔、零排放，是真正的環(huán)保技術(shù)，解決了電動汽車的“續(xù)航里程焦慮”問題。

當(dāng)然該項(xiàng)技術(shù)目前在實(shí)際應(yīng)用上仍有不足之處，比如電池金屬外殼笨重，占據(jù)汽車整個后座等問題。

無論從經(jīng)濟(jì)效益還是用戶的使用習(xí)慣看，將空氣電池作為充電電池使用，應(yīng)該是最有市場潛力的。但是，目前限于電極材料和電解質(zhì)問題，空氣電池的研發(fā)工作仍然任重道遠(yuǎn)。

如果將空氣電池作為充電電池使用，目前存在著以下的問題：

1.需要提高電池的耐久性

如上所述，鋅曾被認(rèn)為是一種較好的可用來充當(dāng)空氣電池陰極的材料，可是在重復(fù)進(jìn)行充放電的過程中，陰極的形狀會因形成枝狀結(jié)晶而變形，并帶來電池性能的惡化。

另一方面，如何解決還原氧氣這種活潑物質(zhì)對陽極的腐蝕，也是目前研究的重要方向。

2.需要提高電池的穩(wěn)定性

空氣電池的陽極由于暴露于空氣中，所以很容易受到空氣的溫度、濕度和二氧化碳濃度的影響。空氣吸取過度，則會引起電解液的干燥；而空氣吸取太少，則電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度下降，導(dǎo)致電池性能的低下。

從原理上看，空氣電池是一種開放狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。所以，解決這類看似矛盾的問題，也成為左右空氣電池發(fā)展進(jìn)程的重要課題。