滑鐵盧大學(xué)（University of Waterloo）的化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了鈉空氣電池中的關(guān)鍵反應(yīng)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)為電化學(xué)能量存儲(chǔ)的發(fā)展鋪平了道路。

　　加拿大固態(tài)能源材料研究會(huì)主席（Canada Research Chair in Solid State Energy Materials）Linda Nazar博士領(lǐng)導(dǎo)滑鐵盧納米科技研究所（Waterloo Institute for Nanotechnology）的研究人員發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵的中介途徑，這個(gè)發(fā)現(xiàn)解釋了氧化鈉電池比氧化鋰電池更節(jié)能的原因。

　　掌握氧化鈉電池的工作原理能更好地開(kāi)發(fā)氧化鋰電池，氧化鋰電池一直被看成電化學(xué)能量存儲(chǔ)的關(guān)鍵。

　　我們的新發(fā)現(xiàn)把謎題的許多不同斷開(kāi)部分聯(lián)系起來(lái)，讓我們得以看到問(wèn)題的全貌，理學(xué)院（Faculty of Science）的化學(xué)教授Nazar說(shuō)道。這些發(fā)現(xiàn)將改變我們對(duì)無(wú)水金屬氧化物電池的看法。

　　很多人認(rèn)為氧化鈉電池是很有前景的金屬氧化物電池，雖然它的能量密集程度低于氧化鋰電池，其充電效率卻要高93%以上，而且造價(jià)低廉，適合大規(guī)模電網(wǎng)存儲(chǔ)。

　　關(guān)鍵在于Nazar團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)子相轉(zhuǎn)移催化劑。Nazar和同事們把質(zhì)子相轉(zhuǎn)移催化劑從電池的放電和充電反應(yīng)中分離出來(lái)，這樣不僅提高了電池的容量，還使電池的充電幾乎完美。研究人員還發(fā)現(xiàn)把催化劑從系統(tǒng)中移除后，電池停止了工作。

　　不同于傳統(tǒng)的固體電池設(shè)計(jì)，氧化金屬電池使用氣體陰極，它獲取氧氣，然后將氧氣與鈉或鋰這樣的金屬結(jié)合形成金屬氧化物，同時(shí)在此過(guò)程中存儲(chǔ)電子。而給系統(tǒng)通電又會(huì)引起相反的反應(yīng)，使金屬變回原始狀態(tài)。

　　在氧化鈉電池中，質(zhì)子相轉(zhuǎn)移催化劑使剛形成的超氧化鈉（NaO2）成核并成為良好的納米晶體，這些納米晶體會(huì)進(jìn)一步成長(zhǎng)為微米大小的放電立方體。第一步所形成的超氧化鈉尺寸非常重要，麻省理工大學(xué)（MIT）的理論演算顯示，在納米等級(jí)上超氧化鈉比過(guò)氧化鈉的能量性能更好。電池充電時(shí)，質(zhì)子相轉(zhuǎn)移催化劑產(chǎn)生的逆反應(yīng)又會(huì)使超氧化鈉立方體輕松解離。

　　化學(xué)家說(shuō)質(zhì)子相轉(zhuǎn)移催化劑能在氧化鋰中起到相似的作用。但是，超氧化鋰極不穩(wěn)定，而且會(huì)立即變成過(guò)氧化鋰。一旦過(guò)氧化鋰形成，催化劑就不能再引發(fā)逆反應(yīng)，因?yàn)檎�向反�?yīng)和逆向反應(yīng)不再相同。因此，為了在氧化鋰系統(tǒng)上取得進(jìn)步，研究人員必須找出其他氧化還原介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效充電。

　　我們正在探索氧化還原介質(zhì)，探索本研究中的氧化鈉電池方面的新思路，Nazar說(shuō)道。氧化鋰電池和氧化鈉電池的前景都很不錯(cuò)，但它們的發(fā)展都需要思考如何在科學(xué)上實(shí)現(xiàn)高容量和可逆性。