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一种可充电的吸气式电池，其储能能力高达当今传统电池的 10 倍 锂离子电池，这可能正是使电动汽车变得实用的突破——如果它能走出实验室的话。世界各地的科学家都在寻找合适的材料组合，以使实用的锂空气电池成为现实，更不用说经受住反复充电和放电的严苛考验。
然而，今天，化学家们揭示了一种似乎能解决问题的新材料：黄金。
苏格兰圣安德鲁斯大学的研究人员是第一个承认用黄金制造电动汽车电池是不切实际的。但是，通过在实验电池中使用黄金，他们在实现可行的、可大规模生产的锂电池方面迈出了关键一步，这种电池可以为电动汽车充电数百公里。
圣安德鲁斯大学的化学家们在周五发表在《科学》杂志上的一篇论文中，描述了一种实验性锂空气电池，该电池采用有机电解质（二甲基亚砜）和多孔金电极，在 100 次充放电循环后仍保持 95% 的容量。
科学家们对锂空气电池感兴趣，因为当前的锂离子技术具有固有的存储容量限制，注定它不能成为电动汽车的长期选择。电动汽车中使用的锂离子电池依赖于金属氧化物或金属磷酸盐（通常是钴、锰或铁基材料）正极、碳基负极和电解质，以将锂离子从一个电极传导到另一个电极。当汽车行驶时，锂离子通过电解质和隔膜从负极流向正极。为电池充电会逆转离子流的方向。然而，可以存储在这些电极中的离子数量有限，促使研究人员寻找新的方向。
圣安德鲁斯大学化学教授彼得·布鲁斯表示：“就能量密度而言，锂离子电池在许多方面是我们目前拥有的最好的电池，它们将在相当长一段时间内与我们同在，包括在电动汽车中。 “但我们已经知道，如果我们能将这些电池的储能能力提高一倍，那将是可能的极限。锂离子电池将无法满足我们未来的需求，因此人们有兴趣研究锂空气电池等替代品。”
原则上，锂空气电池会在汽车行驶时从空气中收集氧气。这意味着它们不需要重金属氧化物，这些氧化物会增加电池的重量，但提供的存储空间有限。氧分子与多孔金正极表面的锂离子和电子反应，形成过氧化锂。这种放电过程中过氧化锂的形成会产生电流，为汽车的电机供电。充电时，会发生相反的反应——氧气被释放回大气中。
布鲁斯说，到目前为止，正在测试用于锂空气电池的阴极和电解质会分解和降解，以至于几乎没有过氧化锂形成，或者仅在几次充放电循环后才部分形成和分解。他和圣安德鲁斯大学的同事张全鹏、斯特凡·弗伦伯格和陈玉辉一直在寻找一种可以在多个循环中重复进行的电极反应。
考虑到需要降低电池成本，圣安德鲁斯大学的研究小组建议，一种选择可能是用黄金涂覆碳，而不是使用全金电极，并观察结果是否具有可比性。
布鲁斯说：“我们已经证明，空气电池中需要发生的电化学反应确实有效，并且似乎是可逆的。” 他和他的团队转向黄金作为可能的电极材料，因为这种金属是在非水（由水以外的液体制成）系统中氧还原的稳定基底。多孔金的使用为固体过氧化锂的掺入提供了空隙，这是平面（平坦、无孔）金所不具备的。“我们真的不知道纳米多孔金的什么特性似乎赋予了我们这种程度的稳定性，还需要做更多的工作来确定这一点，”他承认。
锂空气电池研究也在阿贡国家实验室、麻省理工学院、IBM 和其他地方进行，敬请关注。