各廠商面向電動(dòng)車輛等的車載鋰離子充電電池的量產(chǎn)計(jì)劃紛紛確立，但電動(dòng)汽車要想普及，其性能還不夠完善。原因是充電一次的行駛距離較短。例如，日產(chǎn)汽車的電動(dòng)汽車“綠葉”配備24kWh的鋰離子充電電池，充電一次的行駛距離為160km左右。這一距離只是目前的汽油車的1/3左右。
要想解決該問題，就需要開發(fā)容量更高、更安全的新一代電池。目前的車載鋰離子充電電池的能量密度為100～150Wh/kg左右。如果能將其提高2倍、3倍，行駛距離就能相應(yīng)延長。關(guān)于鋰離子充電電池的高容量化，正如連載二中提到的那樣，各電池廠商以2015～2020年前后為目標(biāo)，提高正極材料的電壓、和采用高容量硅類負(fù)極材料。另外，為了在之后的2030年前后實(shí)現(xiàn)可將容量提高至現(xiàn)有電池?cái)?shù)倍以上的Li-S電池和Li空氣電池等后鋰離子充電電池，為此而進(jìn)行的基礎(chǔ)研究在全球日益活躍。
近來，美國IBM于2009年6月宣布將著手開發(fā)Li空氣電池等后鋰離子充電電池，美國的開發(fā)時(shí)機(jī)已經(jīng)非常成熟。日本方面，豐田于2008年6月作為開發(fā)創(chuàng)新性電池的基礎(chǔ)研究部門，新設(shè)了“電池研究部”，開始積極進(jìn)行基礎(chǔ)研究。
與目前的鋰離子充電電池相比，Li空氣電池能量密度的理論值可達(dá)15倍以上，Li-S電池也能達(dá)到10倍以上，均有望獲得提高。Li空氣電池的正極利用大氣中的氧，單位質(zhì)量及單位體積的能量密度可實(shí)現(xiàn)飛躍性提高，因此一直在作為終極電池進(jìn)行研究。
而Li-S電池正極采用S、負(fù)極采用Li，有望實(shí)現(xiàn)超過1000Wh/kg的電池單元。不過，兩款電池目前還均存在無數(shù)課題。Li空氣電池的正極構(gòu)造與燃料電池相同，因此需要形成利用催化劑與氧發(fā)生反應(yīng)的構(gòu)造。而且，作為充電電池使用的話，需要還原在空氣極發(fā)生反應(yīng)的鋰氧化物等，迄今為止尚未達(dá)到實(shí)用水平。
另一方面，Li-S電池與空氣電池相比正極構(gòu)造雖然比較簡單，但存在進(jìn)行充放電時(shí)S會(huì)在電解液中溶解的問題，以及電子傳導(dǎo)度較低等課題。另外，兩款電池的負(fù)極均使用金屬鋰，因此在反復(fù)進(jìn)行充放電的過程中，負(fù)極會(huì)產(chǎn)生枝狀的鋰析出物——樹突（dendrite）。
在不斷進(jìn)行的研究中，固體電解質(zhì)受到越來越多的關(guān)注。目前，離子傳導(dǎo)度高達(dá)3～5×10-3S/cm的硫化物系固體電解質(zhì)已經(jīng)面世，雖然用于大型電池的可能性較低，但終于看到了希望。尤其是Li-S電池，由于同為硫化物系，因此匹配度非常高。通過制造正極材料S與固體電解質(zhì)的復(fù)合體，有望提高特性。
Li空氣電池利用固體電解質(zhì)與利用電解液時(shí)相比，有望簡化空氣極的構(gòu)造。這些電池目前仍處于基礎(chǔ)研究階段，能否實(shí)現(xiàn)實(shí)用化前景尚不明朗，但毋庸置疑的是，車載領(lǐng)域的需求正推動(dòng)開發(fā)新一代電池。
評(píng)論表單加載中...