氟離子電池或成為主角,日本領跑研發

開發出使用電解液的氟離子電池,驗證了室溫下的充放電(照片由立命館大學準教授岡崎健一提供)

2022/11/04

圖文引用自:nikkei

作為邁向去碳化社會所需的新一代蓄電池,採用氟的「氟化物離子電池」日趨受到關注。這種電池存儲電力的性能提高至目前鋰離子電池的6~7倍,能實現重量更輕、體積更小的電池。充電一次行駛1000公里的純電動汽車(EV)將進入視野。有望成為2030年以後蓄電池的有力競爭者之一,豐田等汽車廠商也已啟動開發。

氟離子電池通過氟化物離子(fluoride ion)在正極和負極之間移動實現充放電。與鋰電池相比,可簡化電極的材料構成,同時通過在電極的反應高效産生電子。據悉能量密度(代表存儲電力的性能)可達到鋰離子電池的6~7倍,能做出更輕、更小的電池。理論上也能實現不使用稀有金屬的結構,易於避免資源採購風險。

在日本主導開發的是京都大學。2017年利用液體的電解質(電解液),成功開發出在室溫下工作的氟離子電池。此前的研究以採用固體電解質的電池為主流,存在如果達不到150攝氏度以上高溫、氟離子的傳導性就無法提高的課題。研究團隊使用在「離子液體」這種特殊液體中溶解有機氟化物的材料作為電解液,克服了這一課題。

在較早展開研究的採用固體電解質的氟離子電池方面,2020年京都大學與豐田攜手試製了原型,確認了電池的工作情況。汽車廠商非常關注這一領域,本田旗下的本田研究所(Honda Research Institute)也于2018年攜手美國國家航空航天局(NASA)等發佈了有關氟離子電池的研究成果。

不過,實用化面臨的課題很多,例如未找到電極材料和電解質的最佳組合等。充放電的可重覆次數和電動勢等性能目前仍落後於鋰離子電池。課題是提高通過解析工作機制等來尋找材料的效率。

日本立命館大學的準教授岡崎健一(論文發表時為京都大學特任準教授)等人的團隊于9月發佈了分析氟離子電池的電極和電解質材料的組合如何影響電極反應的成果。用於正極的鉍與氟離子直接産生反應,電極的體積發生改變。而用於負極的鉛溶解於電解液,與氟離子産生反應,存在結晶析出等諸多問題。這種差異會影響充放電的可重覆次數等,岡崎表示「已顯示出材料探索的方向」。

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