8月13日消息，據(jù)日本經(jīng)濟(jì)新聞報(bào)道，豐田和京都大學(xué)（KyotoUniversity）研究人員正在聯(lián)合開(kāi)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(gè)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(dòng)汽車(chē)一次充電行駛1000公里。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(guò)氟離子導(dǎo)電電解質(zhì)將氟離子從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極來(lái)發(fā)電的。

這個(gè)原型的陽(yáng)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(shí)，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(shí)間比現(xiàn)在的鋰離子電池長(zhǎng)7倍。

近年來(lái)，由于鋰離子電池性能和減速能量回收系統(tǒng)的改進(jìn)，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程顯著增加。減速能量回收系統(tǒng)利用制動(dòng)產(chǎn)生的電能為電池充電。例如，特斯拉和日產(chǎn)汽車(chē)的一些最新電動(dòng)汽車(chē)，在理想條件下每次充電最多可行駛600公里。但專(zhuān)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(jìn)一步擴(kuò)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?yàn)槔碚撋纤懈叩哪芰棵芏取＿@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(zhǎng)時(shí)間的電量。

研究人員用固體電解質(zhì)來(lái)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(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它們不會(huì)著火，這意味著工程師不必?fù)?dān)心創(chuàng)建防止過(guò)熱的系統(tǒng)。

研究人員認(rèn)為，固態(tài)FIB電池可以解決電動(dòng)汽車(chē)充電一次就能行駛1000公里的難題。不過(guò)，許多專(zhuān)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(shuō)，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)被充分加熱時(shí)，氟離子才會(huì)向極化電極移動(dòng)。這使得FIB電池對(duì)許多消費(fèi)者應(yīng)用程序不切匹配。所需的高溫也會(huì)導(dǎo)致電極膨脹。

京都大學(xué)和豐田研究小組稱(chēng)，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(tuán)隊(duì)計(jì)劃調(diào)整用于陽(yáng)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（HondaResearchInstitute）的科學(xué)家、加州理工學(xué)院和美國(guó)宇航局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過(guò)FIB電池技術(shù)達(dá)到了一個(gè)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RobertGrubbs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(zhǎng)時(shí)間——比現(xiàn)在使用的電池使用時(shí)間長(zhǎng)8倍。”

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(kāi)發(fā)這種電池的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。大阪一家研究機(jī)構(gòu)鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心聯(lián)盟的執(zhí)行董事YasuoIshiguro說(shuō)，誰(shuí)能研發(fā)出性能最好的可充電電池，誰(shuí)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(chǎng)利潤(rùn)豐厚，預(yù)計(jì)全球銷(xiāo)量將在三年內(nèi)突破6萬(wàn)億日元（約合560億美元）。可充電電池技術(shù)的進(jìn)步不僅會(huì)帶來(lái)更好的電動(dòng)汽車(chē)。這將使它們成為太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的普遍存儲(chǔ)媒介，幫助為社會(huì)提供清潔能源。

盡管人們對(duì)氟離子電池的希望越來(lái)越大，但它們暫時(shí)還不會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)。許多專(zhuān)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(huì)商業(yè)化。鋰離子電池的原型在1985年被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但是直到1991年才開(kāi)始商業(yè)化。

專(zhuān)家認(rèn)為鋰離子電池電力存儲(chǔ)性能的"能量密度"已接近理論上的極限。京都大學(xué)等之所研發(fā)氟化物離子電池，也是因?yàn)榉镫x子電池的能量密度有可能實(shí)現(xiàn)大幅超過(guò)鋰離子電池極限能量密度。

氟與金屬結(jié)合起來(lái)的氟化物攜帶大量氟化物離子，能高效產(chǎn)生電力。能量密度按照電池的單位重量相當(dāng)于鋰離子電池的7倍。能量密度越大，越能制造出輕而小的電池。大小相同的情況下，電池則能使用更長(zhǎng)時(shí)間。

與當(dāng)前市面上主流的鋰離子電池相比，氟化物離子電池的正負(fù)電極之間的電解質(zhì)并非液體，而是固態(tài)的。鋰離子電池的液體電解質(zhì)具有可燃性，破損或發(fā)生熱失控后可能會(huì)引發(fā)起火。全固態(tài)的氟化物離子電池不容易泄漏，不易燃燒，有利于散熱。如果相關(guān)特性相輔相成發(fā)揮作用的話(huà)，未來(lái)有可能實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車(chē)1000公里的續(xù)航。

雖然氟化物離子電池優(yōu)點(diǎn)眾多，但這樣的電池只能在高溫環(huán)境下運(yùn)行，還存在電極膨脹的問(wèn)題。目前，研究人員并未停止研發(fā)的腳步，相關(guān)的技術(shù)瓶頸正在突破。氟化物離子電池研發(fā)成功以及投入量產(chǎn)還需多久，目前還是未知數(shù)。

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(zhǎng)，因此電池領(lǐng)域的霸主之戰(zhàn)將會(huì)是一場(chǎng)艱苦的戰(zhàn)斗。在人工智能和下一代計(jì)算技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的美國(guó)和中國(guó)，將在電池競(jìng)爭(zhēng)中成為令人生畏的對(duì)手。

為了跟上這一趨勢(shì)，日本還需要一個(gè)將電池大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)結(jié)合起來(lái)的戰(zhàn)略。2000年左右，來(lái)自中國(guó)和韓國(guó)的新對(duì)手通過(guò)低價(jià)產(chǎn)品搶占了市場(chǎng)份額，使日本公司失去了在全球鋰電池市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。所有這些國(guó)家的公司都決心在為未來(lái)提供動(dòng)力的電池市場(chǎng)上搶占一席之地。