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电动汽车续航1000公里时代在走近

越来越多的人期待新一代锂离子电池“全固态电池”能给纯电动汽车(EV)行业带来翻天覆地的变化。预计这种电池将在2020年代上半期确立制造技术,到2030年前后,充电一次续航里程达到目前2倍以上的1000公里也许不再是梦。全固态电池不容易着火,安全性高的特点受到关注,其还具有容量可大幅增加的优点。不仅可以消除没电的担忧,还可以作为大型蓄电池储存电力或是作为紧急电源使用。纯电动汽车可能成为“发电站”。

全固态电池(照片由松田教授提供)

203X年的长假第一天,你决定从东京到大阪旅行。把纯电动汽车接上自家电源,仅仅10分钟就充了80%的电,然后驱车前往大阪即可。搭载全固态电池的汽车能够快速充电,充电一次可行驶1000公里。纯电动汽车需要频繁充电,只能在市区内行驶的情况将一去不复返。家里停电时,还能使用纯电动汽车储存的电力。

之所以开发全固态电池,主要是为了提高锂离子电池的安全性。把易燃的液态电解质替换成固态材料,使之不易燃。在此过程中还有了巨大的发现,那就是通电的锂离子的运动速度很快。快速充电和大幅提升蓄电容量越来越走向现实。

日本锂离子电池材料评价研究中心一直致力于相关研究,该中心由获得2019年诺贝尔化学奖的吉野彰担任理事长。丰田等企业和大学将参加全固态电池的委托业务。计划2022年确立车载全固态电池的标准,对大学等机构提供支援。

丰桥技术科学大学的松田厚范教授等人力争进一步加速固态电解质离子的运动。在硫化物的固态电解质中加入钇等物质,电解质中会形成空间,从而使离子更容易运动。在50摄氏度的温度下,电解质的阻碍将减弱至10分之1。据推算,电池的放电容量将提高至2.5倍左右。

为提高电池的容量,大阪府立大学的辰巳砂昌弘教授等人尝试将更多的锂离子堆积在负极。将研究负极中使用金属锂的全固态电池。研究人员发现,如果全固态电池的电解质中混入氯等物质,那么附着在电极上的锂会比之前的固态电解质减少。辰巳砂教授期待称,“电池容量存在提升至2倍的可能性”。

甲南大学的町田信也教授等人研究出使用硅的新负极。据称与碳素负极相比,硅能容纳2~3倍的锂离子。使用液体硅,能够遏制负极的老化。

有调查显示,到2035年全固态电池的市场规模将超过2.7万亿日元。吉野彰在12月举行的诺贝尔奖获奖纪念演讲中介绍了“锂离子电池向纯电动汽车和可再生能源蓄电领域广泛普及的未来社会”,对全固态电池充满期待。

在车载全固态电池方面,2011年东京工业大学的菅野了次教授与丰田发布了能够提高锂离子电池性能的电解质,正式启动研究。为了把日本开发的锂离子电池推向实用化,政府也提供支援,新能源产业技术综合开发机构(NEDO)从2018年起在5年内投入100亿日元预算。

锂离子电池材料评价研究中心有望在2022年完成标准固态电池,在影响续航里程的“能量密度”方面,将接近最新型的锂离子电池。现在的车载锂离子电池必须使用冷却设备等,如果全固态电池无需使用这些设备,就能够搭载更多电池。该中心的常务理事石黑恭生表示,“预计一次充电可行驶500公里”。不过,有的混合动力车型一次充电和加油可行驶1000公里。力争使全固态电池也达到1次充电续航超1000公里的性能。

美国和台湾的新创企业也力争2020年代上半期把车载全固态电池推向实用化,正在加紧研究,最终谁的电池能占据市场还不好说。此外,钠离子电池等其他新一代电池的研究也很活跃,日本能否在全固态电池开发方面领先将受到考验。

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