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空氣電池離我們?cè)絹?lái)越近

時(shí)間:2022-04-19 09:51來(lái)源:參考消息網(wǎng) 作者:綜合報(bào)道

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據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》4月17日?qǐng)?bào)道，用空氣制造電力的終極蓄電池有望在不久的將來(lái)出現(xiàn)。它也叫空氣電池。這種電池不需要傳統(tǒng)的電極，重量是現(xiàn)有鋰電池的五分之一。韓國(guó)和中國(guó)企業(yè)圍繞空氣電池的開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行激烈競(jìng)爭(zhēng)。

飛行汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)

業(yè)界正力爭(zhēng)在本世紀(jì)30年代以后普及飛行汽車(chē)，而兼顧輕便與容量的蓄電池將成為飛行汽車(chē)不可或缺的動(dòng)力來(lái)源之一。

在日本，道路擁堵每年會(huì)導(dǎo)致10萬(wàn)億日元（約合800億美元）以上的經(jīng)濟(jì)損失。在城市里，有時(shí)去往10公里遠(yuǎn)的地方也要花費(fèi)半小時(shí)，非常浪費(fèi)時(shí)間。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全世界每年約有130萬(wàn)人死于道路交通事故。

這些問(wèn)題雖然沒(méi)有堪稱(chēng)殺手锏的解決方案，但利用廣闊的天空而不是地面的道路可以成為一個(gè)選項(xiàng)。這在目前之所以看起來(lái)像是一句空話(huà)，是因?yàn)槿鄙佥p巧且性能優(yōu)秀、足以讓汽車(chē)懸浮在空中的蓄電池。今后的時(shí)代不能再依靠燃燒化石燃料來(lái)飛行。

正在開(kāi)發(fā)飛行汽車(chē)的Sky Drive公司（位于東京都新宿區(qū)）計(jì)劃在2025年左右采用2人乘坐的配置，將飛行汽車(chē)投放到出租車(chē)行業(yè)和急救運(yùn)輸領(lǐng)域。這就需要把目前約為5至10分鐘的飛行時(shí)間進(jìn)一步加以延長(zhǎng)。

精通電池研究的APB公司（位于東京都千代田區(qū)）首席執(zhí)行官堀江英明說(shuō)：“汽車(chē)要飛行大約1小時(shí)，需要每千克450瓦時(shí)以上容量的電池。”鋰電池則面臨每千克300瓦時(shí)的瓶頸。如果能把電池做得更輕，容量就可以增加，但是鋰電池中占整體重量將近一半的電極（正極）阻礙了重量減輕。

中韓攻克技術(shù)難題

于是就輪到空氣電池出場(chǎng)了。它大膽改變結(jié)構(gòu)，用從空氣中吸收的氧代替正極，與鋰金屬制成的電極進(jìn)行組合。外面的空氣就是電池的材料。如果沒(méi)有了正極，鋰金屬就可以占據(jù)電池主體的大部分。這樣做的好處是，電池不僅重量輕，而且鋰含量高，可以增加蓄電容量。

提取電能的時(shí)候，從電池的縫隙中進(jìn)入的“幫手”氧，會(huì)在容器的碳和樹(shù)脂中與鋰離子結(jié)合。氧在形成氧化物團(tuán)的同時(shí)，會(huì)幫助驅(qū)動(dòng)電子。在充電過(guò)程中，完成任務(wù)的氧會(huì)離開(kāi)氧化物團(tuán)，與鋰離子分離后再次回到外面。

不過(guò)，氧很難從氧化物團(tuán)中分離出來(lái)，金屬鋰則有很高的起火和產(chǎn)熱風(fēng)險(xiǎn)。由于技術(shù)研發(fā)難度大，這種電池一直被認(rèn)為是“終極電池”。但是，最近中國(guó)和韓國(guó)的科研人員開(kāi)始找到克服問(wèn)題的方法。

中國(guó)汽車(chē)電池研究所在鋰空氣電池的電極結(jié)構(gòu)上想辦法，使電池達(dá)到了每千克769瓦時(shí)的容量。據(jù)說(shuō)，將來(lái)“有可能用于航空航天產(chǎn)業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)”。

韓國(guó)的三星電子集團(tuán)和蔚山科學(xué)技術(shù)院為了減少電池中氧氣通過(guò)區(qū)域的老化，用有機(jī)材料代替了陶瓷，由此充放電的次數(shù)從不到10次增加到了100次。雖然仍達(dá)不到鋰離子電池的4000次充放電次數(shù)，但在電解液的改良上找到了辦法。

“終極電池”走向?qū)嵱?/strong>

使用鋰的空氣電池在使用過(guò)程中負(fù)極會(huì)變形，容易引起短路。因此，韓國(guó)企業(yè)也將探索使用其他元素、容量少但容易制造的空氣電池。

日本FDK公司連接了幾個(gè)用空氣代替鎳氫電池正極的氫空氣電池，成功實(shí)現(xiàn)了充放電。如果增加所連接的電池?cái)?shù)量，從理論上講就會(huì)超過(guò)鋰電池的容量。

美國(guó)的電池初創(chuàng)企業(yè)福姆能源公司（Form Energy）計(jì)劃研制用鐵和氧驅(qū)動(dòng)的鐵空氣電池，用于儲(chǔ)存使用可再生能源制造的電力。

如果飛行汽車(chē)是電動(dòng)的，它將不需要燃燒燃料，但是依靠電池到底能不能飛行還是個(gè)問(wèn)題。要想浮在空中，既要解決電池沒(méi)電的困擾，又要把電池做得輕到極致。

單從重量來(lái)說(shuō)，主要材料采用樹(shù)脂的“全樹(shù)脂電池”也頗具前景。APB公司開(kāi)發(fā)的新型鋰電池比同類(lèi)鋰電池輕20%，將面向無(wú)人潛水艇供貨。雖然有觀點(diǎn)認(rèn)為很難增加電池容量，但堀江指出，“如果在電極原料等方面下功夫，也可以用于飛行汽車(chē)”。

在電池的世界里，使用空氣中氧的空氣電池的出現(xiàn)，可以說(shuō)類(lèi)似于利用太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用的微生物給地球帶來(lái)大量氧氣。在氧的作用下，人類(lèi)在18世紀(jì)的工業(yè)革命以后，燃燒大量的煤炭、石油、天然氣，創(chuàng)造了豐富的生活。但現(xiàn)在為了不燃燒化石燃料，人類(lèi)又將氧氣用于電池。正因?yàn)樾枰谙敕ㄉ献龀龃蟮霓D(zhuǎn)變，被寄予厚望的空氣電池開(kāi)發(fā)還面臨一些困難。

(責(zé)任編輯：beiping)

文章標(biāo)簽：空氣電池

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