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據《日本經濟新聞》12月21日報道，日本千葉大學研發出一款用儲量豐富的金屬鋁制造的蓄電池。與鋰電池相比，鋁電池面臨的資源供應風險更低，且在同樣的重量條件下，鋁電池蓄積的電量可能是鋰電池的數倍。雖然延長電池壽命的問題依然有待解決，但這種使用儲量豐富的資源生產的電池一旦能投入商用，無疑將成為建立脫碳社會所需的一項重要技術。 在電動汽車和智能手機中廣泛使用的鋰電池，面臨如何確保原材料穩定供給的問題。 蓄電池的工作原理是，存在于正極和負極之間電解液中的離子來回移動以實現充放電。 一般來說，鋰電池會使用鈷、錳、鎳和鋰等金屬作為正極、石墨作為負極，電解液則使用溶解有鋰的有機溶劑，涉及到的材料都是稀有金屬。這就使得人們有必要開發一種幾乎沒有資源供應風險的全新蓄電池。 無論從資源儲量還是性能方面看，由“多價離子”組成的金屬都有望成為新的電池原材料。鋁、鈣、鎂和鋅等都可能成為候選金屬。這些金屬除了儲量豐富外，其一個原子還可以攜帶多個電荷，因此會比僅能攜帶一個電荷的鋰原子具有更高的容量。 千葉大學教授津田哲哉等人試制的鋁離子電池使用硫黃類材料作為正極、鋁作為負極。要知道鋁是地殼中儲量排名第三的元素。 鋁的用途廣泛，且價格僅為每千克400日元(約合2.8美元)，是作為鋰電池正極原材料的鎳價格的六分之一。 一個鋁原子可攜帶3個電荷。如果正極使用硫黃，鋁電池單位重量蓄積的電量理論上將達到鋰電池的9倍。由于硫黃很難導電，津田教授等人使用了一種與有機高分子復合而成的被稱作SPAN的材料。 在使用SPAN后，硫黃的比例有所降低，由此制成的鋁電池盡管儲電量下降，但更易導電且電池壽命延長。試制的電池屬于實驗室使用的小型尺寸，但經證實能夠充放電數百次。如果要將其投入商用，還需要放大尺寸。 據津田教授介紹，鋁離子電池還有一個優點就是，“可以實現外皮與電池主體融為一體”。電池外皮通常使用鋁，如果將其作為負極使用，還可以縮小電池的體積。 雖然這種電池在安全性方面還存在一些有待解決的問題，但如果將電池與電動汽車的鋁制車身進行整合，未來有可能不再需要獨立的電池組。 一些外國企業也關注到了鋁在電池領域的應用。澳大利亞石墨烯制造集團就正在研發鋁離子電池，其電池使用石墨作為正極。雖然這種電池單位重量蓄積的電量要少于使用硫黃的電池，但其快速充電能力據說可達鋰電池的數十倍。 日本東北大學助理教授木須一彰領導的一個研究小組正在開發一種使用鈣的蓄電池。這款電池正極使用硫黃，負極使用鈣，其單位重量可儲存的電量理論上能達到鋰離子電池的4至5倍。京都大學教授安部武志的實驗室則正在開發氟離子電池，其具有與“多價離子”電池類似的特性。 |
