美日鋰電池產(chǎn)業(yè)投入不分伯仲

    鋰離子電池是繼鎳鎘電池、鎳氫電池之后更具綠色環(huán)保、安全、性能優(yōu)異的二次可充電新型能源，也是近幾年出現(xiàn)的金屬鋰蓄電池的替代產(chǎn)品，具有工作電壓高、比能量大、放電電位曲線平穩(wěn)、自放電小、循環(huán)壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等突出的優(yōu)點。隨著電動汽車市場的增長，預(yù)計未來鋰離子電池需求方面將持續(xù)擴大，鋰離子電池行業(yè)發(fā)展較為迅速。

    美國、日本兩大發(fā)達國家對于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的投入可謂是不分伯仲。為了獲得電動汽車市場先機，紛紛在鋰離子電池的充放電速度、新材料的研發(fā)等方面均取得顯著成果。

    美國在鋰電池充放電領(lǐng)域研究成果顯著

    鋰電池新材料：石墨烯

    研究背景：美國倫斯勒理工學(xué)院（RPI）宣布，在用基于石墨烯的“紙”試制鋰離子充電電池（LIB）負極時發(fā)現(xiàn)，在能量密度相當(dāng)?shù)那闆r下，輸出密度提高到了石墨電極的10倍。論文也發(fā)表在了學(xué)術(shù)雜志《ACSNano》上。最近，將石墨烯用于蓄電池及電容器電極，獲得了高性能的發(fā)布一個接一個。

    研發(fā)成果：倫斯勒理工學(xué)院教授NikhilKoratkar的研究小組，在氧化石墨烯薄片的還原上采用了照射激光或相機閃光的方法。由此，石墨烯雖得以還原，但出現(xiàn)了很多破洞和裂縫。據(jù)稱用這樣的石墨烯制成“紙”用作LIB的負極，結(jié)果獲得了相當(dāng)于石墨電極約10倍的輸出密度。

    產(chǎn)品介紹：具體而言，即使進行充放電率約為40C的快速充放電，電極的容量密度仍穩(wěn)定在156mAh/g，輸出密度達到了10kW/kg。據(jù)Koratkar等人介紹，還能進行100C的充放電。

    前景分析：論文表示該石墨烯電極能以低成本實現(xiàn)工業(yè)量產(chǎn)。Koratkar說：“技術(shù)已經(jīng)成熟，足可供商用，將大大推動電動汽車等所要求的快速充放電型電池”。

    鋰電池新材料：壓電碳納米管

    研究背景：據(jù)國外媒體報道，美國佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種新的鋰離子電池，當(dāng)這種電池被壓縮或彎曲時，它可以通過一些化學(xué)變化給自己充電。

    研發(fā)成果：研究人員拋棄了容納電池電解質(zhì)（一種凝膠物，以化學(xué)方式存儲電能）的塑料容器，代之以一層壓電碳納米管（它把運動轉(zhuǎn)化成能量），從而開發(fā)出這種可以把運動轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能的混合動力電池。

    產(chǎn)品介紹：在通常情況下，壓電設(shè)備會把動能轉(zhuǎn)換成電能，然后再通過標準鋰離子電池中的充電電路，將其轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。而這種新的混合動力電池可以直接影響其自身內(nèi)部的離子流，因此研究人員可以完全跳過充電電路，以一種更加高效的方式來捕獲機械能。雖然這涉及到物理運動，但是尺寸較小不那么礙眼的生物力學(xué)設(shè)備可以提供一個有效的方案，幫助解決移動設(shè)備日益增長的電能需求。

    前景分析：當(dāng)這種電池被壓縮或彎曲時，會把動能轉(zhuǎn)換成電能，然后再通過標準鋰離子電池中的充電電路，將其轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，從而給自己充電。

    日本著力于研發(fā)鋰電池新型材料和可替代材料

    鋰電池新材料：深藍化合物

    研究背景：日本筑波大學(xué)教授守友浩近期研發(fā)出了一種高效能的鋰電池新材料，其研究成果2012年4月15日已在應(yīng)用物理學(xué)會的雜志上發(fā)表。與現(xiàn)有的最好材料相比，新材料的充電放電效能提升了8倍。作為未來可能運用于電動汽車和車載電池上的新技術(shù)，該研究成果備受矚目。 ▇

    產(chǎn)品介紹：新材料是由鐵、猛、碳、氮等構(gòu)成的深藍化合物，晶體間隔呈0.5納米（1納米等于10億分之1米）的攀登架型結(jié)構(gòu)。間隔有約5個鋰離子的寬度，出入口處很寬，可以容納鋰離子的高速進出。

    實驗把深藍化合物直徑50納米的納米粒子做成1平方厘米的薄膜并緊貼電極。先花上8分鐘充電0.01毫安培再一口氣放電，隨后得到每克85毫安培的電流。放電時間為1.1秒。

    研發(fā)成果：據(jù)筑波大學(xué)介紹，現(xiàn)有的放電性能最好的材料是橄欖石化合物，放電時間為9秒。但該化合物含有氧元素，會隨著時間推移發(fā)生氧化并使質(zhì)量大打折扣。而新材料并非氧化物，在30次的充電放電后沒有發(fā)生質(zhì)量惡化的情況。

    守友浩教授表示：“將新材料用于電池的話，放電時會有發(fā)熱等問題，但材料本身具有令人驚訝的潛在能力。”

    鈉離子電池

    研究背景：日本大阪府立大學(xué)和日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)2012年5月23日聯(lián)合發(fā)表新聞公報說，大阪府立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種利用鈉離子導(dǎo)電性的無機固體電解質(zhì)，并證實用這種電解質(zhì)制成的全固體鈉蓄電池能在室溫下正常工作。

    研發(fā)成果：公報說，作為純電動車的驅(qū)動電源和太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的存儲設(shè)備，高性能蓄電池的開發(fā)迫在眉睫。利用鈉離子實現(xiàn)反復(fù)充電、放電的蓄電池，由于鈉資源儲量豐富和容易實現(xiàn)低成本生產(chǎn)，被部分專家視為替代鋰離子電池的下一代蓄電池。

    目前，利用鈉離子導(dǎo)電性的鈉硫電池等大型電力存儲用蓄電池，已進入實用化階段，但這種電池工作時需加熱到250攝氏度以上，以使其正極的硫和負極的鈉處于熔融狀態(tài)，保持電池內(nèi)部的低電阻。而使用無機固體電解質(zhì)且正負極全部使用固體材料的電池不僅更安全，而且兼具單位體積存儲能量多和使用壽命長等優(yōu)點。

    產(chǎn)品介紹：大阪府立大學(xué)的研究人員通過使玻璃結(jié)晶的方法，發(fā)現(xiàn)一種固體電解質(zhì)，這種電解質(zhì)能析出此前未曾報告過的立方晶系硫代磷酸鈉。研究人員證實，這種固體電解質(zhì)在25攝氏度的室溫下具有高導(dǎo)電率。把這種電解質(zhì)微粒在室溫下粉碎成形并制成的全固體鈉蓄電池，可在室溫下反復(fù)充電、放電。

    前景分析：公報說，提高全固體電池的性能還需進一步增大電解質(zhì)的導(dǎo)電率以及在電極和電解質(zhì)之間構(gòu)筑良好的固體界面，研究人員今后將致力于解決這些課題，以期研制出實用的新一代蓄電池。▇