據(jù)日本經(jīng)濟新聞報道，豐田和京都大學(xué)(Kyoto University)研究人員正在聯(lián)合開發(fā)新一代電池技術(shù)，該技術(shù)有潛力將比目前標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池更多的能量塞入一個體積小、重量輕的電池組中。

雙方正在研究的新型氟離子電池，單位重量的能量大約是傳統(tǒng)鋰離子電池的7倍，可以讓電動汽車一次充電行駛1000公里。

該團隊開發(fā)了一種基于氟的可充電電池原型。氟離子電池(FIB)是通過氟離子導(dǎo)電電解質(zhì)將氟離子從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極來發(fā)電的。

這個原型的陽極或負(fù)電荷電極由氟、銅和鈷組成，而陰極或正電荷電極主要由鑭組成。研究人員已經(jīng)證實，該電池原型具有更高的理論上的能量密度，這可能使它的續(xù)航時間比現(xiàn)在的鋰離子電池長7倍。

近年來，由于鋰離子電池性能和減速能量回收系統(tǒng)的改進，電動汽車的續(xù)航里程顯著增加。減速能量回收系統(tǒng)利用制動產(chǎn)生的電能為電池充電。例如，特斯拉和日產(chǎn)汽車的一些最新電動汽車，在理想條件下每次充電最多可行駛600公里。但專家表示，鋰離子電池的能量密度在理論上存在限制，這意味著它們的續(xù)航里程范圍不能進一步擴大。

京都大學(xué)和豐田公司的研究人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向氟離子電池(FIB)，因為理論上它有更高的能量密度。這意味著更小、更輕的電池具有與鋰離子電池相同的性能，或者，如果它們的尺寸和重量與現(xiàn)在的鋰離子電池相同，那么在兩次充電之間可以提供更長時間的電量。

研究人員用固體電解質(zhì)來代替鋰離子電池中通常使用的液體電解質(zhì)。這種固態(tài)電池的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是它們不會著火，這意味著工程師不必?fù)?dān)心創(chuàng)建防止過熱的系統(tǒng)。

研究人員認(rèn)為，固態(tài)FIB電池可以解決電動汽車充電一次就能行駛1000公里的難題。不過，許多專家仍然持懷疑態(tài)度。最大的挑戰(zhàn)是，到目前為止，F(xiàn)IB電池只能在高溫下工作。也就是說，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)被充分加熱時，氟離子才會向極化電極移動。這使得FIB電池對許多消費者應(yīng)用程序不切匹配。所需的高溫也會導(dǎo)致電極膨脹。

京都大學(xué)和豐田研究小組稱，他們已經(jīng)找到了一種防止電極膨脹的方法，即用鈷、鎳和銅的合金制造電極。該團隊計劃調(diào)整用于陽極的材料，以確保電池可以在不損失容量的情況下充電和放電。

2018年，本田研究院(Honda Research Institute)的科學(xué)家、加州理工學(xué)院和美國宇航局(NASA)噴氣推進實驗室的研究人員通過FIB電池技術(shù)達到了一個重要的里程碑：能夠在室溫下操作電池，而不是將電池加熱到高溫。

在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中，加州理工的研究者合著者Robert Grubbs表示，“氟電池可以有更高的能量密度，這意味著它們可以使用更長時間——比現(xiàn)在使用的電池使用時間長8倍。”

豐田研發(fā)新型氟離子電池 一次充電續(xù)航達1000公里

日本和海外的其他研究也在尋找鋰離子電池的替代品。鎂離子和鋁離子是最有希望的候選者之一。但開發(fā)這種電池的競爭非常激烈。大阪一家研究機構(gòu)鋰離子電池技術(shù)與評估中心聯(lián)盟的執(zhí)行董事Yasuo Ishiguro說，誰能研發(fā)出性能最好的可充電電池，誰就能成為這一關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

電池市場利潤豐厚，預(yù)計全球銷量將在三年內(nèi)突破6萬億日元(約合560億美元)。可充電電池技術(shù)的進步不僅會帶來更好的電動汽車。這將使它們成為太陽能等可再生能源發(fā)電的普遍存儲媒介，幫助為社會提供清潔能源。

盡管人們對氟離子電池的希望越來越大，但它們暫時還不會進入市場。許多專家認(rèn)為，商業(yè)上可行的氟離子電池可能要到本世紀(jì)30年代才會商業(yè)化。鋰離子電池的原型在1985年被開發(fā)出來，但是直到1991年才開始商業(yè)化。

日本在化學(xué)和最大化產(chǎn)品性能所需的系統(tǒng)集成方面不太擅長，因此電池領(lǐng)域的霸主之戰(zhàn)將會是一場艱苦的戰(zhàn)斗。在人工智能和下一代計算技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的美國和中國，將在電池競爭中成為令人生畏的對手。

為了跟上這一趨勢，日本還需要一個將電池大規(guī)模生產(chǎn)和市場開發(fā)結(jié)合起來的戰(zhàn)略。2000年左右，來自中國和韓國的新對手通過低價產(chǎn)品搶占了市場份額，使日本公司失去了在全球鋰電池市場的優(yōu)勢。所有這些國家的公司都決心在為未來提供動力的電池市場上搶占一席之地。