日本開發(fā)出全固態(tài)空氣蓄電池，有望應(yīng)用于便攜電子設(shè)備

5月25日，據(jù)日本經(jīng)濟新聞及新華社報道，日本山梨大學和早稻田大學合作的研究團隊開發(fā)出以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，以具有氧化還原活性的有機物為負極的全固態(tài)空氣蓄電池。這種電池可反復充放電，輕便且安全性好，在彎折狀態(tài)下也能使用，有望應(yīng)用于便攜電子設(shè)備。相關(guān)論文已發(fā)表在德國學術(shù)刊物《應(yīng)用化學國際版》上。

圖源：Fabcross

據(jù)山梨大學和早稻田大學近日聯(lián)合發(fā)布的公報，目前常見的空氣電池一般以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，以鋰等金屬作為負極活性物質(zhì)，再加上水性電解液構(gòu)成。因為不需要在電池內(nèi)部儲存正極活性物質(zhì)，空氣電池在理論上具有更高的能量密度。然而，現(xiàn)有空氣電池多使用溶液電解質(zhì)，可能發(fā)生電解液泄漏等安全問題。此外，作為負極的金屬易在環(huán)境中的氧氣和水分作用下性能下降。

為解決上述問題，兩所高校研究人員合作，嘗試分別用具有氧化還原活性的有機化合物2,5-二羥基-1,4-苯醌及該化合物的聚合物作為電池負極活性物質(zhì)，用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，正極使用含鉑催化劑的氣體擴散電極，其活性物質(zhì)為氧氣，以此構(gòu)成全固態(tài)空氣蓄電池。

通過電流、電位測量，研究人員確認了電池負極發(fā)生的反應(yīng)及其可逆性，并評價了電池的放電速率、充放電循環(huán)性能等。研究顯示，使用具有氧化還原活性的有機物作為空氣電池負極是一種可行的思路。與使用2,5-二羥基-1,4-苯醌作為電池負極相比，用該化合物的聚合物作為負極可顯著提升電池放電容量。在15C的放電倍率下，使用2,5-二羥基-1,4-苯醌的聚合物作為負極的全固態(tài)空氣蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)可達30次。

公報說，相比于目前常見的空氣電池，這種新型全固態(tài)空氣蓄電池安全性更高，并且使用材料不含水分，不會因水分導致電極性能下降。今后通過提高材料性能，改善耐久性等，這種電池有望用作手機等便攜電子設(shè)備等的電源。

固態(tài)電池技術(shù)被認為是鋰離子電池的“終極篇章”，有人將其稱為鋰離子電池的“圣杯”，該電池技術(shù)也成為全球相關(guān)企業(yè)的重點布局方向。對于全固態(tài)電池，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高認為，該技術(shù)在商業(yè)化的前夜，中國新能源車企、電池企業(yè)要重視。

此前，在第二屆世界動力電池大會云上宜賓高端論壇中，歐陽明高表示：“全固態(tài)電池技術(shù)雖然現(xiàn)目前仍然面臨著很多挑戰(zhàn)，但仍然是我們值得去追求的目標。這個目標不是短期的，可以看作是面向2030年，值得創(chuàng)新的目標。”歐陽明高同時也告誡中國新能源車企和電池企業(yè)，要對這一技術(shù)路線高度重視。

歐陽明高認為，“現(xiàn)在全球已經(jīng)有無數(shù)人投入到了這場創(chuàng)新運動，隨著ChatGPT技術(shù)的出現(xiàn)，對新材料的探索效率極大提高，開發(fā)的周期能夠縮短，通過全球的努力，全固態(tài)電池能夠取得成功。”

“我們發(fā)現(xiàn)，在全球頂刊上發(fā)表的與固態(tài)電池技術(shù)相關(guān)的論文正在指數(shù)般地增長，可以說技術(shù)是在商業(yè)化的前夜。”歐陽明高說。

據(jù)了解，目前在全球范圍內(nèi)，日本企業(yè)在全固態(tài)電池上面投入得最多。擁有固態(tài)電池技術(shù)專利最多的豐田汽車，計劃2025年前實現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn)，2030年前全固態(tài)電池要實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。

參考來源：每日經(jīng)濟新聞、新華社、IT之家、澎湃新聞

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