據(jù)日經(jīng)新聞4日?qǐng)?bào)道，作為新一代蓄電池，采用氟的“氟化物離子電池”日趨受到關(guān)注。

據(jù)悉，這種電池存儲(chǔ)電力的性能提高至目前鋰離子電池的6～7倍，能實(shí)現(xiàn)重量更輕、體積更小的電池，充電一次行駛1000公里，有望成為2030年以后蓄電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者之一，豐田等汽車(chē)廠(chǎng)商也已啟動(dòng)開(kāi)發(fā)。

什么是氟離子電池？

【資料圖】

氟離子電池，是以氟化物作為載流子的可充電電池器件，是一種同鋰離子電池具有相似工作原理的“搖椅電池”。氟離子電池通過(guò)氟化物離子（fluoride ion）在正極和負(fù)極之間移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充放電。

目前主流的新能源車(chē)型搭載的都是三元鋰以及磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池存能量密度大續(xù)航里程長(zhǎng)低溫活性好的優(yōu)點(diǎn)，但是存在穩(wěn)定性差，事故后容易自燃等安全問(wèn)題。

而磷酸鐵鋰電池有著低成本高安全性的優(yōu)勢(shì)，但是低溫表現(xiàn)一般，能量密度沒(méi)有特別高?？v觀整個(gè)新能源市場(chǎng)，還沒(méi)有哪款車(chē)型可以做到續(xù)航1000Km的水平。

而據(jù)報(bào)道，氟離子電池如果研發(fā)成功，其能量密度（代表存儲(chǔ)電力的性能）可達(dá)到鋰離子電池的6～7倍，能做出更輕、更小的電池，同時(shí)理論上也能實(shí)現(xiàn)不使用稀有金屬的結(jié)構(gòu)，易于避免資源采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁團(tuán)隊(duì)此前的研究，

就能量密度而言，全固態(tài)氟離子電池理論能量密度極高，最高可接近每升5000瓦時(shí)，約是目前商業(yè)化鋰離子電池能量密度的8倍，也超過(guò)了正在研究開(kāi)發(fā)的鋰空氣電池。

就安全性能而言，氟是電負(fù)性最強(qiáng)的元素，極難轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的單質(zhì)，不易發(fā)生類(lèi)似鋰離子形成鋰枝晶的反應(yīng)，因此基于不可燃無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池，安全性能無(wú)疑更好。

就原料供應(yīng)而言，氟元素的地殼豐度遠(yuǎn)高于鋰元素。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，氟元素的地殼豐度是鋰元素的50倍左右，氟離子電池在原材料供應(yīng)方面的壓力遠(yuǎn)低于鋰離子電池。

豐田等汽車(chē)廠(chǎng)商已啟動(dòng)開(kāi)發(fā)

據(jù)媒體此前2020年8月報(bào)道，豐田和京都大學(xué)研究人員正在聯(lián)合開(kāi)發(fā)新型氟離子電池。汽車(chē)廠(chǎng)商非常關(guān)注這一領(lǐng)域，本田旗下的本田研究所也于2018年攜手美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）等發(fā)布了有關(guān)氟離子電池的研究成果。

不過(guò)，實(shí)用化面臨的問(wèn)題很多，例如未找到電極材料和電解質(zhì)的最佳組合，充放電的可重復(fù)次數(shù)和電動(dòng)勢(shì)等性能目前仍落后于鋰離子電池等。

但是據(jù)日本立命館大學(xué)教授岡崎健等人的團(tuán)隊(duì)于今年9月發(fā)布了分析氟離子電池的電極和電解質(zhì)材料的組合如何影響電極反應(yīng)的成果，用于正極的鉍與氟離子直接產(chǎn)生反應(yīng)，電極的體積發(fā)生改變，而用于負(fù)極的鉛溶解于電解液，與氟離子產(chǎn)生反應(yīng)，存在結(jié)晶析出等諸多問(wèn)題，這種差異會(huì)影響充放電的可重復(fù)次數(shù)等，岡崎表示“已顯示出材料探索的方向”，將在2025年之前，通過(guò)電極材料采用銅和鋁的低成本方式試制資源采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)低的氟離子電池。

國(guó)內(nèi)也有相關(guān)研究

據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)2021年12月30日消息，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型氟離子固態(tài)電解質(zhì)——鈣鈦礦氟離子導(dǎo)體，首次實(shí)現(xiàn)室溫下全固態(tài)氟離子電池的穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)，在25℃下持續(xù)充放電4581小時(shí)后，容量沒(méi)有發(fā)生顯著衰減，相關(guān)研究成果刊發(fā)于Small。

據(jù)悉，這一成果創(chuàng)造了全固態(tài)氟離子電池領(lǐng)域循環(huán)時(shí)間最長(zhǎng)、容量保持率最高的世界紀(jì)錄，吸引了人們對(duì)全固態(tài)氟離子電池關(guān)注的目光，讓人們看到未來(lái)電池多元化發(fā)展的希望。

據(jù)馬騁介紹，它最重要的意義還在于它是一種‘從0到1’的突破，由于缺乏合適的電解質(zhì)，氟離子電池在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)并不被業(yè)界看好，相關(guān)研究也極其稀少，而新型固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)現(xiàn)則將“不可能”變成了“可能”。

其同時(shí)指出，全固態(tài)氟離子電池由固態(tài)電解質(zhì)、正極材料、負(fù)極材料共同組成，而只有三者同時(shí)具備優(yōu)異的性能，這種電池才有可能投入實(shí)際應(yīng)用。他們此次報(bào)道的新材料克服了固態(tài)電解質(zhì)的瓶頸，但目前仍然不存在性能令人滿(mǎn)意的正極材料和負(fù)極材料。

應(yīng)用場(chǎng)景想象空間大

據(jù)豐田等涉足的開(kāi)發(fā)所研究顯示：

1）面向純電動(dòng)汽車(chē)方面，氟離子電池屬于被視為新一代的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者的蓄電池之一。

2）面向太陽(yáng)能和風(fēng)力等可再生能源的蓄電用途也受到期待。

3）而在鈉離子電池和鎂離子電池等各種競(jìng)爭(zhēng)者當(dāng)中，氟離子電池可同時(shí)解決超過(guò)鋰離子電池的大容量化和資源問(wèn)題的潛力構(gòu)成優(yōu)勢(shì)”。

不過(guò)，馬騁團(tuán)隊(duì)也坦言，這一技術(shù)雖然具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的應(yīng)用前景，但未來(lái)發(fā)展仍面臨很多挑戰(zhàn)。

而一旦成功，全固態(tài)氟離子電池將以?xún)?yōu)異的安全性和極高的能量密度對(duì)新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能等重度依賴(lài)電池技術(shù)的領(lǐng)域造成顛覆性的改變。

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關(guān)鍵詞： 能量密度 鋰離子電池 電解質(zhì)的