氟离子电池将成下一代电池?

2023-01-03 3755 村井贞之 澳门日报

 作为“下一代电池”的潜在竞争者,氟离子电池研发日益受到关注。日本丰田和本田公司、德国亥姆霍兹 · 乌尔姆研究所、美国航天局喷气推进实验室等机构和中国一些高校已启动相关研究。

 专家认为,氟离子电池研发目前仍处于“极其初级的阶段”,进入应用还需要攻克许多难题。但氟离子电池潜力大,未来有可能取代锂离子电池成为主流蓄电池,尤其是室温全固态氟离子电池,一旦技术成熟很可能全面取代锂离子电池。

 在“下一代电池”的诸多方向中,氟离子电池因近年来取得一系列研究突破而备受关注。其工作原理类似于目前广泛应用的锂离子电池,即利用氟离子在正负极之间穿梭进行储能。专家认为,相比于锂离子电池,氟离子电池在能量密度、安全性、原料供应和成本四个方面有显着优势。

 追求更高能量密度是可充放电电池研发的重要目标,因为这意味着更强的蓄电能力。文献资料显示,全固态氟离子电池的理论能量密度可接近每升五千瓦时,是锂离子电池理论极限的八倍。

 中国相关专家指出,氟离子电池使用氟化铜、氟化钙等化合物作为电极材料,其特定质量的电极活性物质可提供电荷数量是锂离子电池的若干倍,因此能量密度远超过锂离子电池。

 安全性方面,锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性的主要原因之一,而氟离子极难被氧化成氟单质,可以避免类似于锂枝晶生长的问题。

 在原料方面,氟元素地壳丰度远高于锂元素,目前全球氟的年产量要比锂高出约两个数量级。

 此外,开採锂矿需要大量水,相比之下开採氟矿对环境影响要小得多。

 在成本方面,日本大金工业公司精细化学部公布资料显示,锂电池中常用的原材料钴价格昂贵,而氟离子电池中除了银,其他正负极材料成本较低,理论上氟离子电池每瓦时成本只有锂离子电池的百分之二十至百分之廿五。

 早在二十世纪七十年代,已有科学家开始研究氟离子电池,但一直未有实质性进展。二○一一年,德国科学家率先开发出利用氟化钡镧作为电解质的全固态氟离子电池,氟离子电池研发才获得更多关注的目光。

 专家认为,氟离子电池研发目前还处于极其初级的阶段。研究者仍在摸索适合的材料体系,具有实用价值和商业价值的体系尚未出现。要想使氟离子电池技术尽快体现出应用价值,目前仍需增加基础研究投入,解决电极材料、电解质材料等一系列与基础研究有关的难题。

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