钜大LARGE | 点击量：535次 | 2023年07月14日
丰田与京都大学研发新型氟离子电池，一次充电续航达1000公里
8月13日消息，据日本经济新闻报道，丰田和京都大学（KyotoUniversity）研究人员正在联合开发新一代电池技术，该技术有潜力将比目前标准锂离子电池更多的能量塞入一个体积小、重量轻的电池组中。双方正在研究的新型氟离子电池，单位重量的能量大约是传统锂离子电池的7倍，可以让电动汽车一次充电行驶1000公里。
该团队开发了一种基于氟的可充电电池原型。氟离子电池（FIB）是通过氟离子导电电解质将氟离子从一个电极转移到另一个电极来发电的。
这个原型的阳极或负电荷电极由氟、铜和钴组成，而阴极或正电荷电极主要由镧组成。研究人员已经证实，该电池原型具有更高的理论上的能量密度，这可能使它的续航时间比现在的锂离子电池长7倍。
近年来，由于锂离子电池性能和减速能量回收系统的改进，电动汽车的续航里程显著增加。减速能量回收系统利用制动产生的电能为电池充电。例如，特斯拉和日产汽车的一些最新电动汽车，在理想条件下每次充电最多可行驶600公里。但专家表示，锂离子电池的能量密度在理论上存在限制，这意味着它们的续航里程范围不能进一步扩大。
京都大学和丰田公司的研究人员已经转向氟离子电池（FIB），因为理论上它有更高的能量密度。这意味着更小、更轻的电池具有与锂离子电池相同的性能，或者，如果它们的尺寸和重量与现在的锂离子电池相同，那么在两次充电之间可以提供更长时间的电量。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
研究人员用固体电解质来代替锂离子电池中通常使用的液体电解质。这种固态电池的一个关键优势是它们不会着火，这意味着工程师不必担心创建防止过热的系统。
研究人员认为，固态FIB电池可以解决电动汽车充电一次就能行驶1000公里的难题。不过，许多专家仍然持怀疑态度。最大的挑战是，到目前为止，FIB电池只能在高温下工作。也就是说，当固态电解质被充分加热时，氟离子才会向极化电极移动。这使得FIB电池对许多消费者应用程序不切匹配。所需的高温也会导致电极膨胀。
京都大学和丰田研究小组称，他们已经找到了一种防止电极膨胀的方法，即用钴、镍和铜的合金制造电极。该团队计划调整用于阳极的材料，以确保电池可以在不损失容量的情况下充电和放电。
2018年，本田研究院（HondaResearchInstitute）的科学家、加州理工学院和美国宇航局（NASA）喷气推进实验室的研究人员通过FIB电池技术达到了一个重要的里程碑：能够在室温下操作电池，而不是将电池加热到高温。
在《科学》杂志上发表的一篇论文中，加州理工的研究者合著者RobertGrubbs表示，“氟电池可以有更高的能量密度，这意味着它们可以使用更长时间——比现在使用的电池使用时间长8倍。”
日本和海外的其他研究也在寻找锂离子电池的替代品。镁离子和铝离子是最有希望的候选者之一。但开发这种电池的竞争非常激烈。大阪一家研究机构锂离子电池技术与评估中心联盟的执行董事YasuoIshiguro说，谁能研发出性能最好的可充电电池，谁就能成为这一关键技术领域的全球领导者。
电池市场利润丰厚，预计全球销量将在三年内突破6万亿日元（约合560亿美元）。可充电电池技术的进步不仅会带来更好的电动汽车。这将使它们成为太阳能等可再生能源发电的普遍存储媒介，帮助为社会提供清洁能源。
尽管人们对氟离子电池的希望越来越大，但它们暂时还不会进入市场。许多专家认为，商业上可行的氟离子电池可能要到本世纪30年代才会商业化。锂离子电池的原型在1985年被开发出来，但是直到1991年才开始商业化。
专家认为锂离子电池电力存储性能的"能量密度"已接近理论上的极限。京都大学等之所研发氟化物离子电池，也是因为氟化物离子电池的能量密度有可能实现大幅超过锂离子电池极限能量密度。
氟与金属结合起来的氟化物携带大量氟化物离子，能高效产生电力。能量密度按照电池的单位重量相当于锂离子电池的7倍。能量密度越大，越能制造出轻而小的电池。大小相同的情况下，电池则能使用更长时间。
与当前市面上主流的锂离子电池相比，氟化物离子电池的正负电极之间的电解质并非液体，而是固态的。锂离子电池的液体电解质具有可燃性，破损或发生热失控后可能会引发起火。全固态的氟化物离子电池不容易泄漏，不易燃烧，有利于散热。如果相关特性相辅相成发挥作用的话，未来有可能实现纯电动汽车1000公里的续航。
虽然氟化物离子电池优点众多，但这样的电池只能在高温环境下运行，还存在电极膨胀的问题。目前，研究人员并未停止研发的脚步，相关的技术瓶颈正在突破。氟化物离子电池研发成功以及投入量产还需多久，目前还是未知数。
日本在化学和最大化产品性能所需的系统集成方面不太擅长，因此电池领域的霸主之战将会是一场艰苦的战斗。在人工智能和下一代计算技术方面处于领先地位的美国和中国，将在电池竞争中成为令人生畏的对手。
为了跟上这一趋势，日本还需要一个将电池大规模生产和市场开发结合起来的战略。2000年左右，来自中国和韩国的新对手通过低价产品抢占了市场份额，使日本公司失去了在全球锂电池市场的优势。所有这些国家的公司都决心在为未来提供动力的电池市场上抢占一席之地。
