科學家們最近開發出一種新型催化劑技術，能顯著提升鋰空氣電池的性能和壽命。這一突破專注於二維材料二硒化鎢（WSe₂），其表面在化學反應中之前僅有部分活性。這種新方法已經帶來了更高的容量、更快的充放電性能和更長的穩定性，顯著提升了鋰氧電池的整體效率和耐久性。研究團隊指出，這一發現可能推動下一代儲能技術的發展。2025年1月，得到美國能源部支持的研究人員發佈了一種固態鋰空氣電池，其能源密度是鋰離子電池的四倍，並打破了室溫限制。
隨著電動車和儲能系統的迅速擴展，對於表現優於現有鋰離子技術的電池需求愈發迫切。在新興選擇中，鋰空氣電池被視為一個有前景的解決方案，潛力可達到超過十倍的能源密度。然而，由於缺乏在充放電過程中所需的活性催化位點，商業化進程受到慢反應速率和短壽命的制約。為了解決這一問題，由韓國科學技術院和先進工程研究所的研究人員領導的團隊開發了一種基於二維材料二硒化鎢（WSe₂）的新型催化劑技術。
二維金屬WSe₂的催化活性有限，其活性位點僅局限於邊緣位置。這一創新將材料通常不活躍的表面轉變為完全活躍的催化面，顯著改善了電池的性能和耐用性。根據國家科技研究院（NRCST）的聲明，這一成就的實現是通過在材料的層狀結構中引入鉑原子，並故意創造原子級的空位，即缺少硒原子的地方。這些空位作為高效的反應位點，能夠與氧分子強烈互動，並加速被稱為氧還原和氧釋放反應的關鍵過程。
這一方法在提升催化活性的同時不妨礙電導率，標誌著下一代儲能系統發展的一個重要進步。使用這一先進催化劑的鋰空氣電池在快速運行條件下實現了超過550次的穩定充放電循環，顯示出比傳統高成本催化劑（如碳上鉑（Pt/C）和氧化釕（RuO₂））更高的穩定性和耐用性，並在從慢速到快速的各種充電速度下表現可靠。這些結果強調了其在高速度充電過程中，能夠保持一致性能且幾乎無降解的潛力。
研究人員表示，這一發展引入了一種新設計策略，克服了二維材料的結構限制，將整個表面轉變為活性催化位點。這一方法不僅提升了效率，還保持了電導率，對於能源應用極為有效。除了鋰空氣電池之外，這項技術還預計能支持水電解和燃料電池等系統的改進，這些系統對高性能催化劑的需求尤為迫切。這一進展還為降低成本和提升整體性能提供了機會。研究團隊聲稱，在國際合作的支持下，這項技術顯示出強大的未來商業化潛力，並可能在推動下一代儲能和高功率移動解決方案方面發揮關鍵作用。
