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By David L. Chandler, April 2, 2010
一個在 MIT 的研究團隊在某種技術上有了重大進展，那能將任何現存電池的能量密度提升多達三倍。
Yang Shao-Horn，MIT 機械工程暨材料科學與工程副教授，表示：有許多團體都正在進行鋰空氣電池（lithium-air batteries）的研究，那在能量密度上有很大的潛力達到巨大獲益。不過這裡卻缺乏對於「什麼樣電極材料能促進在這些電池中所發生的電化學反應」的理解。
鋰氧（Lithium-oxygen，也稱為鋰空氣）電池在原理上類似鋰離子電池，那現在主宰可攜式電子器材的領域，同時也是電動車的領導性競爭者。但因為鋰空氣電池在這樣的電池中，以基於碳之空氣電極還有空氣的流動取代沈重的慣用元件，所以這種電池本身能非常輕巧。這也是為何領導性公司，包括 IBM 與 GM，堅持進行大規模研究倡議鋰空氣技術。
本週一篇發表在 Electrochemical and Solid-State Letters 期刊上的論文中，Shao-Horn 以及她某些學生以及訪問教授 Hubert Gasteiger，報告了一項研究，證明具有金或鉑作為催化劑的電極，展現出更高程度的活性，也因而比這些電池中簡單的碳電極有更高的效率。
此外，這項新研究替未來的、能導致更好電極材料的研究創造舞台，也許是金與鉑或其他金屬的合金，或是金屬氧化物，或較廉價的替代方案。
博士生 Yi-Chun Lu，這篇論文的領導作者，解釋：該團隊已開發出一種方法來分析電池中不同催化劑的活性，而他們現在能建立在這項研究上以研究各種可能的材料。"我們將留意不同的材料，並察看趨勢，" 她表示。"這樣的研究能讓我們確認統御催化劑活性的物理參數。最終，我們將能夠預測催化劑的行為。"
為何那很重要：能傳送許多能量的輕量電池對許多應用而言很重要 -- 例如，改善電動車的里程數。為了這個理由，即使是電池能量密度等級的適度增加 -- 在一定重量下所能傳送能量總數的量測 -- 都是重要進展。
下一步：在開發一套能廣泛商業化的電池系統上，一項得要應付的問題是安全性。金屬形態的鋰，那在鋰空氣電池中使用，若有一絲一毫水份存在，將會是高度反應性。那在目前的鋰離子電池中並不是個問題，因為基於碳的材料被用來當作負電極。Shao-Horn 表示，可在不需要使用金屬鋰的情況下應用相同的電池原理；她表示，反而能使用石墨或其他穩定的負電極材料，導致更安全的系統。
在鋰空氣電池能變成實際商業化產品前，有一些問題必定要被處理，她說。最大的問題是，若要開發一套在車輛或電動車上有用的系統，那必在經歷過足夠數量的充、放電循環後仍維持它的電力。
研究者也需要觀察充放電過程的化學細節，看看何種化合物產生以及在何處產生，還有它們如何與系統中其他化合物起反應。"我們在實理解這些反應如何發生上，仍在非常開始的階段，" Shao-Horn 說。
Gholam-Abbas Nazri，GM 研發中心的研究者，稱此研究："有趣且重要，" 並表示，在開發這項技術上，這對付一項重要的瓶頸：要找到有效的催化劑。這項研究 "對於催化劑角色的未來理解上，方向是正確的，" 而且那 "對於鋰空氣系統的未來理解與發展，也許有顯著地貢獻，" 他說。
雖然某些研究鋰空氣電池的公司已表示他們將它視為一項十年發展計畫，但 Shao-Horn 表示，要預測花多久時間才能商業化仍嫌太早。"那是個非常有前景的領域，不過有許多科學與工程挑戰需要克服，" 她說。"如果那真的證明（有今日鋰離子電池）二到三倍的能量密度，" 她說，第一種應用很可是將會出現在電腦與手機等可攜式電子裝置上，那是高價物品，而且之後只有在成本減少的情況下才會應用在車輛上。
※ 相關報導（論文尚未刊載）：
＊ The Influence of Catalysts on Discharge and Charge Voltages of Rechargeable Li-Oxygen Batteries
Yi-Chun Lu, Hubert A. Gasteiger, Michael C. Parent,＊ 多倫多大學的綠色催化劑可取代鉑族金屬
Vazrik Chiloyan, Yang Shao-Horn. Electrochemical and
Solid-State Letters, 1 April 2010 (Vol.13, No.6).
＊ 合成催化劑模仿自然的「氫經濟」
＊ 日立新鋰離子電池可維持十年
＊ 靈感來自電漿電視的數位量子電池
＊ 新充電方法大幅減少電池再充電時間
＊ 研究發現為何固體中的原子偏好某些結構
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