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“氟离子电池”能否取代锂电

发布时间:2022-11-24 11:02:55   来源:参考消息网    浏览次数:

据《日本经济新闻》10月25日报道,2019年诺贝尔化学奖得主吉野彰等人是日本锂电池行业的牵头人,但产业界并未将科研优势转化为商业成果。日本国内制造商一开始还曾自满于较高的市场占有率,但很快就在中国和韩国企业的价格攻势面前丧失了优势。目前,“氟离子电池”在日本成为备受关注的新一代蓄电池,日本企业同样在研发领域先走一步。

报道称,作为面向脱碳社会的新一代蓄电池,使用氟元素的“氟离子电池”正在吸引越来越多的关注。其蓄电能力是现有锂电池的6到7倍,有望实现电池的轻量化和小型化。一次充电可连续行驶1000公里的电动汽车不再是梦想。鉴于氟离子电池可能成为2030年以后的主流蓄电池,丰田汽车等车企也开始加入研发阵营。

氟离子电池通过氟离子在正极和负极之间移动实现充电和放电。与锂离子电池相比,不仅电极的材料组成可以简化,而且通过电极处的反应可以更高效地产生电子。据悉氟离子电池的能量密度是锂离子电池的6到7倍,可以制成更轻、更小的电池。理论上可以不使用稀有金属,从而更易规避资源断供风险。

报道说,京都大学是日本氟离子电池研发领域的领军者。2017年,他们成功开发出一种使用电解液在室温下运行的氟离子电池。以往的研究主要使用固体电解质,除非温度达到150℃以上,否则无法提高氟离子的导电性。京都大学的研究人员通过使用溶解了有机氟化物的电解液解决了这个问题。

在起步更早的固体电解质氟离子电池领域,京都大学也表现突出,2020年与丰田合作,成功试制了使用固体电解质的氟离子电池。汽车制造商对氟离子电池的关注度很高,2018年本田公司下属的本田研究院就与美国国家航空航天局(NASA)联合公布了其关于氟离子电池的研究成果。

但是在实际应用方面仍然存在许多挑战,比如研究人员至今尚未找到电极材料和电解质的最佳组合,充放电次数和电动势等性能目前还不及锂电池。通过分析运行机制来提高材料搜索的效率仍是待解难题。

立命馆大学副教授冈崎健一等人组成的研究团队9月发表了有关氟离子电池的电极与电解质材料的组合如何影响电极反应的研究成果。正极中使用的铋直接与氟离子反应,改变了电极的体积。另一方面,负极中使用的铅溶解在电解液中并与氟离子发生反应,导致结晶析出等问题。由于这些差异会影响充放电的重复次数,研究成果可能为今后的材料选择提供指导。

冈崎的团队计划在2025年前试制以铜和铝等低成本原料作为电极材料的氟离子电池,以此降低资源断供风险。而使用铋或铅作为电极的类型,其电动势仅停留在0.3伏的水平,团队将通过调整电极材料将其电动势提高到2伏以上。冈崎副教授说:“我们希望为建设脱碳社会提供锂电池以外的选择。”

就如丰田等车企纷纷进入研发领域所代表的,氟离子电池已经成为面向电动汽车的新一代蓄电池的有力候选者。按照冈崎副教授的说法,在钠离子和镁离子电池等诸多候选者中,氟离子电池更有希望在容量和解决资源困境两方面超越锂电池。

为了避免重蹈锂电池行业的覆辙,需要将技术优势转变为拥有高水平竞争力的产品和生产体系,而这离不开来自产业界和国家的支持。