韩国研究人员开发二维催化剂 提升锂空气电池性能

盖世汽车讯 随着电动汽车和储能系统（ESS）市场的快速增长，能够突破现有锂离子电池能量密度限制的新一代电池的研发备受关注。其中，锂空气电池被认为是一种有望大幅提升电动汽车续航里程的技术，其理论能量密度可达锂离子电池的10倍以上。

然而，锂空气电池商业化面临的主要挑战在于，充放电过程中能够促进氧反应的活性催化位点有限，导致反应速率慢、寿命短。

据外媒报道，由韩国科学技术研究院（Korea Institute of Science and Technology，KIST）极端材料研究中心（Center for Extreme Materials Research）的Jeong Sohee博士和先进工程研究院（Institute for Advanced Engineering，IAE）先进材料加工中心（Advanced Materials Processing Center）的Lee Kwang-hee博士领导的联合研究团队，成功开发了一种催化剂技术，能够最大限度地提高二维纳米材料二硒化钨（WSe₂）的表面活性。

图片来源：韩国科学技术研究院

相关研究发表于期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》。

这项创新同时提升了锂空气电池的性能和耐久性。该技术的核心在于将二维材料的整个基面（此前该基面几乎不参与化学反应）转化为活性催化位点。

该研究团队采用了一种策略，即在二维纳米材料（WSe₂）的层状结构中引入铂（Pt）原子，从而有意地在表面硒（Se）原子缺失的位置制造原子级空位。

该空位作为关键反应位点，能够强力吸附并活化氧分子，显著提高氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的反应速率。该技术意义重大，因为它在不降低导电性的前提下，将整个基面转化为活性位点，从而最大限度地发挥了二维材料的效用。

采用该催化剂的锂空气电池即使在快速充放电（1C倍率）条件下，也展现出超过550次循环的稳定寿命。此外，在0.1C至3C的宽广充放电倍率范围内，该催化剂与Pt/C和氧化钌（RuO₂）等现有的高成本商业催化剂相比，表现出更优异的稳定性和耐久性。

这一结果表明，即使在高速充电条件下，该催化剂也有望用于制造性能衰减极小的下一代电池。

这项成果意义重大，因为它提出了一种新的设计方法，利用整个材料作为催化活性位点，克服了二维材料的结构限制。预计该成果将有助于降低成本并提高需要高性能催化剂的能源应用（包括锂空气电池、水电解和燃料电池）的性能。

该研究团队计划通过未来的技术转让和商业化研究，增强韩国国内锂空气电池技术的竞争力。

KIST的Sohee Jeong博士表示：“这项研究意义重大，因为它提出了一种原子级控制策略，利用了此前未曾开发的基面，同时保持了二维材料的结构优势。”

IAE的Gwang-Hee Lee博士补充说道：“这项研究显著提高了锂空气电池快速充放电的性能，解决了锂空气电池面临的主要挑战，加快了高功率移动动力系统的商业化进程。”