真菌酶在锂空气电池内的催化作用

在可充电的锂-空气电池中加入一种酶可以改善内部反应的动力学，这些反应在以前限制了这种电化学储能系统的性能和耐用性。这可能会推动锂空气电池更接近电力电动汽车还有移动设备。

“锂空气电池目前被认为是最有希望的下一代储能候选者之一，因为它具有极高的理论比能量密度，几乎是锂离子电池的十倍，”王林林说南京大学他是这个新想法背后团队的成员之一。然而，这种电池受到其氧还原和析氧反应缓慢动力学的阻碍，因此必须依赖于催化剂。

铂通常承担这种催化作用。然而，铂不仅价格昂贵，而且由于电解液的pH值随着电池循环从3.5到7.4变化很大，随着时间的推移，酸性条件会破坏催化剂。

作为一种替代方法，王和她的同事们探索了自然界的催化剂，确定了真菌中发现的一种酶栓菌属多色的．“真菌漆酶具有很高的氧化还原电位，非常接近氧/水氧化还原偶的电位，并且在pH值3到6时表现出峰值电催化活性，”王说。漆酶还提供了两个相对靠近酶表面的电子转移活性位点，使其成为电子转移反应的理想场所。它在锂空气电池运行所需的pH值范围内也很稳定。

“在混合水电池中使用酶作为催化剂可能有效地解决锂-空气技术的一些主要问题，为可能应用于高能设备铺平道路，”他说Daniele莱切他是英国伦敦大学学院的电池研究员。

通过将漆酶共价结合到具有良好导电性的碳纳米管上，Wang开发了一种工作阴极，其电压稳定在3.75V，寿命超过1120小时，可循环56次，超过了基准的碳上铂催化剂。

Wang将这种有前景的性能归因于漆酶的结构:“在宽pH范围内优越的催化活性和稳定性是由于活性中心，它由两个氧化还原活性位点组成，单核型1-铜位点和三核型2/型3-铜位点。”

“一个突出的想法是使用这种酶和两个催化核心，”评论道Stefan Freunberger他是奥地利格拉茨理工大学锂-空气化学方面的专家。“当电池完全放电时，随着电池将pH值降至中性，析氧部位变得活跃起来。”“因此，在充放电过程中，漆酶活性位点与电解液的pH值协同变化，在必要时采用有利于氧还原反应或析氧反应的结构。”

尽管漆酶催化锂-空气电池取得了成功，但Freunberger指出，锂-空气电池在与目前的锂离子技术竞争之前，必须要有更长的续航时间和更长的循环寿命。Wang及其同事承认这一挑战，并建议未来提高性能和稳定性的策略可能取决于三维电极材料，如纳米点，可以结合漆酶催化剂或仿生催化剂，可以随着电解质pH值的变化改变其结构。