據(jù)日本經(jīng)濟(jì)新聞報道，豐田和京都大學(xué)(KyotoUniversity)研究人員正在聯(lián)合開發(fā)新一代電池技術(shù)，該技術(shù)有潛力將比目前標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池更多的能量塞入一個體積小、重量輕的電池組中。

雙方正在研究的新型氟離子電池，單位重量的能量大約是傳統(tǒng)鋰離子電池的7倍，可以讓電動汽車一次充電行駛1000公里。

該團(tuán)隊開發(fā)了一種基于氟的可充電電池原型。氟離子電池(FIB)是通過氟離子導(dǎo)電電解質(zhì)將氟離子從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極來發(fā)電的。

這個原型的陽極或負(fù)電荷電極由氟、銅和鈷組成，而陰極或正電荷電極重要由鑭組成。研究人員已經(jīng)證實(shí)，該電池原型具有更高的理論上的能量密度，這可能使它的續(xù)航時間比現(xiàn)在的鋰離子電池長7倍。

近年來，由于鋰離子電池性能和減速能量回收系統(tǒng)的改進(jìn)，電動汽車的續(xù)航里程顯著新增。減速能量回收系統(tǒng)利用制動出現(xiàn)的電能為電池充電。例如，特斯拉和日產(chǎn)汽車的一些最新電動汽車，在理想條件下每次充電最多可行駛600公里。但專家表示，鋰離子電池的能量密度在理論上存在限制，這意味著它們的續(xù)航里程范圍不能進(jìn)一步擴(kuò)大。

京都大學(xué)和豐田公司的研究人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向氟離子電池(FIB)，因為理論上它有更高的能量密度。這意味著更小、更輕的電池具有與鋰離子電池相同的性能，或者，假如它們的尺寸和重量與現(xiàn)在的鋰離子電池相同，那么在兩次充電之間可以供應(yīng)更長時間的電量。

研究人員用固體電解質(zhì)來代替鋰離子電池中通常使用的液體電解質(zhì)。這種固態(tài)電池的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是它們不會著火，這意味著工程師不必?fù)?dān)心創(chuàng)建防止過熱的系統(tǒng)。

研究人員認(rèn)為，固態(tài)FIB電池可以解決電動汽車充電一次就能行駛1000公里的難題。不過，許多專家仍然持懷疑態(tài)度。最大的挑戰(zhàn)是，到目前為止，F(xiàn)IB電池只能在高溫下工作。也就是說，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)被充分加熱時，氟離子才會向極化電極移動。這使得FIB電池對許多消費(fèi)者應(yīng)用程序不切匹配。所需的高溫也會導(dǎo)致電極膨脹。

京都大學(xué)和豐田研究小組稱，他們已經(jīng)找到了一種防止電極膨脹的方法，即用鈷、鎳和銅的合金制造電極。該團(tuán)隊計劃調(diào)整用于陽極的材料，以確保電池可以在不損失容量的情況下充電和放電。

2018年，本田研究院(HondaResearchInstitute)的科學(xué)家、加州理工學(xué)院和美國宇航局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的研究人員通過FIB電池技術(shù)達(dá)到了一個重要的里程碑：能夠在室溫下操作電池，而不是將電池加熱到高溫。

在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中，加州理工的研究者合著者RobertGrubbs表示，氟電池可以有更高的能量密度，這意味著它們可以使用更長時間mdashmdash比現(xiàn)在使用的電池使用時間長8倍。

豐田研發(fā)新型氟離子電池一次充電續(xù)航達(dá)1000公里

日本和海外的其他研究也在尋找鋰離子電池的替代品。鎂離子和鋁離子是最有希望的候選者之一。但開發(fā)這種電池的競爭非常激烈。大阪一家研究機(jī)構(gòu)鋰離子電池技術(shù)與評估中心聯(lián)盟的執(zhí)行董事YasuoIshiguro說，誰能研發(fā)出性能最好的可充電電池，誰就能成為這一關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

電池市場利潤豐厚，預(yù)計全球銷量將在三年內(nèi)突破6萬億日元(約合560億美元)。可充電電池技術(shù)的進(jìn)步不僅會帶來更好的電動汽車。這將使它們成為太陽能等可再生能源發(fā)電的普遍存儲媒介，幫助為社會供應(yīng)清潔能源。

盡管人們對氟離子電池的希望越來越大，但它們暫時還不會進(jìn)入市場。許多專家認(rèn)為，商業(yè)上可行的氟離子電池可能要到本世紀(jì)30年代才會商業(yè)化。鋰離子電池的原型在1985年被開發(fā)出來，但是直到1991年才開始商業(yè)化。

日本在化學(xué)和最大化產(chǎn)品性能所需的系統(tǒng)集成方面不太擅長，因此電池領(lǐng)域的霸主之戰(zhàn)將會是一場艱苦的戰(zhàn)斗。在人工智能和下一代計算技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的美國和我國，將在電池競爭中成為令人生畏的對手。

為了跟上這一趨勢，日本還要一個將電池大規(guī)模生產(chǎn)和市場開發(fā)結(jié)合起來的戰(zhàn)略。2000年左右，來自我國和韓國的新對手通過低價產(chǎn)品搶占了市場份額，使日本公司失去了在全球鋰離子電池市場的優(yōu)勢。所有這些國家的公司都決心在為未來供應(yīng)動力的電池市場上搶占一席之地。