2023/08/09
圖文引用自：日經中文網
日本大阪公立大學開發出了用於製造全固態電池的固態電解質的新材料，在不使用資源分佈不均的稀有金屬鍺的前提下，達到了純電動汽車（EV）所需的部分性能。在全固態電池投入實用進入倒計時的背景下，經濟安全性得以保障的新材料的研發摸索取得進展。
蓄電池的性能基本取決於電極材料和電解質兩方面。全固態電池以固體電解質取代普通鋰離子電池的有機溶劑電解液。由於有機溶劑具有可燃性，如果電解質改為固體，則能降低蓄電池的起火風險，提升安全性。
同時，全固態電池在高溫下也能工作，因此不需要冷卻裝置，能量密度（單位體積儲存的能量）估計將達到現有鋰離子電池的2～3倍。
部分車企提出了2020年代後半期實現全固態電池實用化的目標。雖然詳細的開發狀況目前沒有公佈，但有預測稱，投入實用的全固態電池在極端溫度條件下的工作、快速充電等性能方面均將超過鋰離子電池。
在東京工業大學特聘教授菅野了次和豐田于2010年代發佈新型電解質之後，人們對全固態電池的期待也隨之高漲。固態電解質由含鍺的材料組成，離子電導率這一體現電池性能的指標也高於液體的電解質。
中國佔全球鍺總産量的6～7成。從2023年8月開始，中國將實行出口管制。此外，鍺還被用於製造太陽能電池和光纖的原料，有廣泛的需求。全固態電池要想普及，就需要找到鍺的替代材料。傳統的鋰離子電池已經存在鋰等資源風險，全固態電池中還會加入鍺帶來的同樣的資源風險。
大阪公立大學的林晃敏教授等人此次借助鋰、磷和硫的化合物製造了不含鍺的固體電解質，並將該電解質的離子電導率提高到了這一達到製造純電動汽車要求的水平。
雖然此前就有以相同材料研發的固態電解質，但本次研究改進了結晶結構，使其電導率提高至之前的1萬倍。此外，此前也有報道已達到純電動汽車水平的固態電解質，但此次研究使用的是更加穩定的物質，更加便於製造。另外，本次研究使用硫和磷等相對低價原料的比例很高，材料費用也可以降低。林教授表示：「我們製造出了廉價、高性能和高耐久性的固體電解質」。
研發固體電解質的先驅、東京工業大學特聘教授菅野了次也提出了很多改用錫和矽的電解質的報告，正在探索不使用稀有金屬等昂貴材料的生産方法。
使用壽命是全固態電池投入實用的一大課題。隨著反覆充放電，電極材料會發生膨脹和收縮，導致固體電解質和電極的接著點分離，使離子難以移動。現有的鋰離子車載電池可以承受數千次充放電，而目前的全固態電池的壽命只有數十到幾百次。…
