中國粉體網(wǎng)訊 5月25日，據(jù)日本經(jīng)濟(jì)新聞及新華社報道，日本山梨大學(xué)和早稻田大學(xué)合作的研究團(tuán)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(jī)物為負(fù)極的全固態(tài)空氣蓄電池。這種電池可反復(fù)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(xué)術(shù)刊物《應(yīng)用化學(xué)國際版》上。
圖源：Fabcross
據(jù)山梨大學(xué)和早稻田大學(xué)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(fù)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(fù)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(jī)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(fù)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(kuò)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(rèn)了電池負(fù)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(jī)物作為空氣電池負(fù)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(fù)極相比，用該化合物的聚合物作為負(fù)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(fù)極的全固態(tài)空氣蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)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(dǎo)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(jī)等便攜電子設(shè)備等的電源。
固態(tài)電池技術(shù)被認(rèn)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(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高認(rèn)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(biāo)。這個目標(biāo)不是短期的，可以看作是面向2030年，值得創(chuàng)新的目標(biāo)。”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(rèn)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(jì)新聞、新華社、IT之家、澎湃新聞
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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