二维材料可以使电动汽车单次充电行驶500英里。

锂空气电池有望成为电动汽车、手机和电脑的下一代革命性的锂离子电池。

锂空气电池目前仍处于开发的实验阶段，其储能能力是锂离子电池的10倍，而且更轻。这就是说，锂空气电池可以更有效，并提供更多的电荷与先进的催化剂制成的二维材料。催化剂有助于提高电池内部的化学反应速率，并且根据制造催化剂的材料类型，催化剂可以显著提高电池的储存和提供能量的能力。

UIC工程学院机械和工业工程副教授Amin Salehi Khojin说：“我们将需要非常高的能量密度电池来为手机、笔记本电脑，尤其是电动汽车的先进技术提供动力。”Salehi Khojin和他的同事合成了几种可以用作催化剂的二维材料。他们的一些二维材料，当作为催化剂加入到实验性锂空气电池中时，使电池能比含有传统催化剂的锂空气电池多容纳10倍的能量。他们的发现发表在《先进材料》杂志上。

“目前，电动汽车平均每充电100英里左右，但随着二维催化剂加入锂空气电池，我们可以提供接近400至500英里每充电，这将是一个真正的游戏改变者，”Salehi Khojin说，他也是论文的相应作者。“这将是储能领域的重大突破。”

Salehi Khojin和他的同事合成了15种不同类型的二维过渡金属二元醇或TMDC。TMDC是一种独特的化合物，因为它们具有高导电性和快速的电子传递，可用于参与与其他材料的反应，例如在充电和放电过程中发生在电池内部的反应。

研究人员在模拟锂空气电池的电化学系统中，对15个TMDC作为催化剂的性能进行了实验研究。

UIC工程学院研究生、论文第一作者Leily Majidi解释说：“在二维形式下，这些TMDC具有更好的电子性能和更大的反应表面积，能够在结构保持稳定的情况下参与电池内的电化学反应。”

马吉迪说：“与金或铂等传统催化剂相比，这些材料的反应速率要高得多。”

2D TDMCS之所以表现出色，其中一个原因是它们有助于加速锂空气电池中发生的充电和放电反应。

SalehiKhojin说：“这就是所谓的双功能催化剂。”

二维材料还与电解质协同作用，电解质是离子在充放电过程中移动的物质。

“我们使用的2d TDMCS和离子液体电解质作为助电子更快转移的共催化剂系统，从而使电荷更快、能量存储和释放更有效。”

Salehi Khojin说：“这些新材料代表了一条新的途径，可以把电池带到下一个层次，我们只需要开发出更有效、更大规模地生产和调整电池的方法。”

本文作者分别是芝加哥伊利诺伊大学的Poya Yasaei、Zahra Hemmat、Pedram Abbasi、Shadi Fuladi、Xuan Hu、Robert Klie、Fatemeh Khalili Araghi和Baharak Sayahpour以及普渡大学的Robert Warburton和Jeffrey Greeley。

这项研究得到了国家科学基金会DMREF Grand 1729420的支持。