燃料電池與充電電池：通過改良材料產(chǎn)生新性能

　　在電池領(lǐng)域，有很多通過改良材料產(chǎn)生新性能的燃料電池和鋰離子充電電池。例如，在東日本大地震以后，作為應(yīng)急電源的有力候選關(guān)注度迅速升高的燃料電池領(lǐng)域，日本產(chǎn)業(yè)綜合研究所展示了采用可搬運(yùn)固體氧化物型燃料電池(SOFC)的5～36V直流應(yīng)急電源系統(tǒng)。

　　產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開發(fā)出了可搬運(yùn)的SOFC系統(tǒng)。能利用LPG氣瓶驅(qū)動(dòng)(a)。采用了圓筒型電池單元(b)。

　　發(fā)電單元利用產(chǎn)綜研以前就在開發(fā)的圓筒型單元，為了能直接使用液化石油氣(LPG)，在燃料極的內(nèi)壁表面設(shè)置了以納米級(jí)別粒子化的鈰(Ce)。這樣就能防止LPG的主要成分——丁烷造成燃料極劣化，無需設(shè)置采用貴金屬催化劑的外部改質(zhì)器。

　　該系統(tǒng)可通過LPG燃燒器快速起動(dòng)，溫度能在2分鐘內(nèi)達(dá)到400℃。產(chǎn)綜研稱：“雖然有很多客戶表示想要這款商品，但制造的時(shí)機(jī)還不成熟。相對(duì)于單元的問題，更需要提高各連接部等的耐久性。”

　　在燃料電池領(lǐng)域，日本物質(zhì)及材料研究機(jī)構(gòu)(NIMS)還展示了預(yù)防金屬催化劑的凝聚問題，提高催化劑工作效率的技術(shù)。利用了在樹枝狀聚合物(Dendrimer)*內(nèi)選擇性導(dǎo)入粒徑一定的金屬催化劑的效果。比如，將凝聚的金屬納米粒子Pt3Ti粒子的催化劑溶解到樹枝狀聚合物“G5OH”水溶液中。這樣一來，粒徑1～1.7nm的Pt3Ti就會(huì)被導(dǎo)入G5OH分子內(nèi)部，能夠固定在直接碳載體的表面。

　　*樹枝狀聚合物=具備樹枝狀構(gòu)造的球狀分子的總稱，樹枝狀構(gòu)造以由數(shù)個(gè)原子構(gòu)成的稱為“中心核”的直鏈型分子團(tuán)為起點(diǎn)，以氨基等為分枝點(diǎn)重復(fù)分枝構(gòu)筑而成。擁有在稱為“通孔”的中空空間容納離子和分子的能力，因此在集中供給藥劑分子的“藥物傳輸(Drug Delivery)”技術(shù)方面的應(yīng)用備受期待。

　　在催化劑反應(yīng)之一——氧還原反應(yīng)中已經(jīng)確認(rèn)，與凝聚的金屬催化劑相比可發(fā)揮15倍的活性。NIMS 稱：“雖然樹枝狀聚合物的價(jià)格比Pt高，但已經(jīng)確認(rèn)這種有機(jī)分子可作為包接材料使用。以此為契機(jī)，應(yīng)該能開發(fā)出低價(jià)格的包接材料。”

　　瞄準(zhǔn)硫磺聚合物的商業(yè)化

　　在鋰離子充電電池領(lǐng)域展出了計(jì)劃用于新一代產(chǎn)品的正極材料、隔膜和固體電解質(zhì)等。其中，Polythione公司提出了采用硫磺聚合物作為正極材料的鋰聚合物電池方案。該公司已經(jīng)開發(fā)出了合成和制造技術(shù)，可利用現(xiàn)有生產(chǎn)線制造。該方案曾被日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)采納，在NEDO的展區(qū)進(jìn)行了實(shí)用化商業(yè)配對(duì)展示。

　　Polythione展示了使硫磺形成聚合物的硫磺電池(a)。帝人參考展示了耐熱性出色、電解液易于注入的隔膜(b)。OHARA公開了厚度僅0.05mm的鋰離子導(dǎo)電玻璃陶瓷(c)。

　　硫磺材料作為能量密度高的正極材料候補(bǔ)備受關(guān)注，但也存在硫磺會(huì)溶解到電解液中、不具備導(dǎo)電性，以及難以在空氣中處理等問題。Polythione通過組合二硫鍵和π電子系有機(jī)材料，作為可進(jìn)行多電子反應(yīng)的有機(jī)材料解決了這些問題。利用由45%重量的聚合物構(gòu)成的正極材料試制的紐扣型電池實(shí)現(xiàn)了約260mAh/g的放電容量。Polythione稱“在研究室的試制中確認(rèn)了約500mAh/g的放電容量”。

　　帝人展示了雖為耐熱隔膜但提高了電解液滲透性的開發(fā)品。該產(chǎn)品采用聚酰亞胺無紡布，纖維狀聚酰亞胺的直徑只有約幾百納米，因此空孔率高達(dá)71%，電解液的滲透性十分出色。

　　此外，OHARA公司展示了具備鋰離子導(dǎo)電性的玻璃陶瓷，厚度只有0.05mm。可作為鋰空氣電池和全固體電池用固體電解質(zhì)使用。