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                    1. 新聞資訊 news

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                      未來哪種電池技術獨領風騷呢?

                      電池技術是一項從發明以來就一直是一個熱門的戰略性發展領域,發展到現在,電池技術也是分了好多的細分方向,比如鋰電池技術、鎳氫電池技術、燃料電池技術、核能電池技術等等。那么哪些電池技術會是在未來獨領風騷呢?

                      1、鋰空氣電池

                      鋰空氣電池采用新的離子液體比全固體電池的潛力還要高的是被稱為最終電池的鋰空氣電池。鋰空氣電池的正極采用空氣中的氧,因此可大幅提高能量密度。不過,有觀點指出空氣極的還原反應存在難題等。

                      在電池研討會上,豐田宣布通過在鋰空氣電池的電解液溶劑中采用離子液體N,N─二乙基─N─甲基─N─甲氧基銨雙三氟甲基磺酰胺(DEME-TFSA),可實現與有機溶劑相當的容量。

                      豐田通過在鋰空氣電池的電解液溶劑中采用乙醚類離子液體DEME-TFSA,實現了與有機溶劑相當的容量。

                      鋰空氣電池用電解液溶劑的研發主流有機溶劑雖然有望實現高容量化,但副反應較大而且有揮發性,因此缺乏穩定性。豐田之前采用N─甲基─N─丙基哌啶雙三氟甲磺酰胺(PP13-TFSA)離子液體也確認可以像理論上相同發生充放電反應,但一直存在容量低的課題。此次的DEME-TFSA與PP13-TFSA相比有望實現約3倍的高容量化。

                      2、有機化合物備受期待

                      雖然著眼于2030年的新一代電池技術研究相關的話題比較多,但旨在提高目前的鋰離子充電電池性能的研究開發勢頭也絲毫沒有減退。

                      目前的鋰離子充電電池正極材料采用鈷酸鋰(LiCoO2)、3元系(LiNiMnCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)等(圖12)。不過,這些正極材料的理論容量都在200mAh/g以下。因此,探索容量在200mAh/g以上的新材料,以及為將最大性能提高到理論容量值而在正極材料中添加添加物的開發日益活躍。

                      在電池研討會上,有關有機化合物和固溶體類材料等正極材料的發表有很多。

                      鋰離子充電電池容量最大提高到1000mAh/g

                      在通過采用新材料實現200mAh/g以上鋰離子充電電池的候補技術中,關注度最高的是有機充電電池。正極采用有機化合物的有機充電電池的理論容量最大可達到近1000mAh/g。而且不使用重金屬。因此具備重量輕,資源限制少的優勢。

                      不過,有機充電電池雖然單位重量的能量密度高,但單位體積的能量密度卻比較低。而且,鋰電位大多只有2~3.5V。因此,要想實現與目前的鋰離子充電電池相同的能量密度,至少要找到具備400~600mAh/g容量的有機化合物。

                      村田制作所計劃有機化合物采用紅氨酸,力爭2020年前后實現業務化(該公司)。紅氨酸假如發生四電子反應,就能實現890mAh/g的理論容量。在電池研討會上,作為本田技術研究所與日本Carlit的共同研究成果,示了正極材料采用紅氨酸的半電池單元的充放電特性。初次放電時的容量為750mAh/g,第二次以后穩定在650mAh/g。反復充放電100次后也保持了430mAh/g的比容量。

                      有機化合物與現行的材料相比可提高正極的比容量。村田制作所將紅氨酸定位為重要候補,已確認可將容量密度提高到650mAh/g左右。

                      村田制作所與、本田技術研究所和日本Carlit以正極活性物質采用紅氨酸的高能量密度充電電池為題發表了演講[演講序號:3E18]。

                      松下也是致力于有機充電電池開發的公司之一。該公司大幅改善了有機充電電池的課題充放電循環特性注8)。松下公布的成果是,將擁有四硫富瓦烯(TTF)構造的聚合物材料(TTF聚合物)用作正極活性物質,反復充放電3萬次后仍維持了58%的放電容量。通過提高共聚比率,構造穩定,提高了循環特性(該公司)。

                      松下以具備四硫富瓦烯的聚合物正極活性物質的電氣化學特性為題發表了演講

                      雖然試制電池的放電容量只有114mAh/g,作為有機充電電池比較低,不過某電池相關人士吃驚地表示,(松下的)成果證明,假如抑制電解液的溶解,有機充電電池也能實現出色的充放電循環壽命。

                      除此之外,松下還與京都大學的吉田研究室共同進行了開發。在電池研討會結束后的2012年十一月十九日,公布了支持30C高速充放電的有機充電電池。采用連接兩個酮形成環狀構造的環狀1,2─二酮。酮由碳和氧構成,因此無需擔心資源短缺,還能降低成本。通過將酮形成環狀實現了穩定化。試制電池的容量為231mAh/g,充放電500次后仍保持了83%的容量。

                      京都大學和松下開發出了正極材料采用將兩個酮連接形成環狀構造的環狀1,2-二酮的有機充電電池,支持30C的高速充放電。

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