鋰離子電池價(jià)格高不走俏 豐田另辟蹊徑開(kāi)發(fā)鎂電池穩(wěn)定發(fā)展

重量輕、動(dòng)力足的鋰離子電池使得汽車(chē)生產(chǎn)商制造的電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)提速快，行駛距離和壽命也比較好。但是，鋰電太貴，尼桑Leaf的電池組售價(jià)達(dá)1.2萬(wàn)美元;電動(dòng)汽車(chē)行駛距離還較短Leaf每充一次電后理想狀況下可行駛約138英里。因此，這項(xiàng)新技術(shù)目前在市場(chǎng)上并不走俏。

日前，豐田公司研究人員在開(kāi)發(fā)鎂電池方面取得了穩(wěn)步進(jìn)步，期望將來(lái)能提供一種成本更低廉、儲(chǔ)能更強(qiáng)的電池供用戶(hù)選擇。本月早些時(shí)候，豐田北美研究院研究人員在《化學(xué)通訊》上發(fā)文并描述了他們所做的鎂離子電池實(shí)驗(yàn)。他們使用了一種錫材料新型陽(yáng)極，但電解液與鋰離子電池所用的是同類(lèi)型材料。

“這項(xiàng)研究很有潛力。我們?cè)谡撐闹兄赋鎏岣咂湫阅苓€有些工作要做，但總體而言我們十分興奮。” 論文第一作者Nikhilendra Singh指出，實(shí)驗(yàn)表明鎂離子電池前景光明，更為深入研究奠定了基礎(chǔ)。

由于鎂的自然儲(chǔ)量豐富，因此鎂離子電池應(yīng)該成本低廉。因?yàn)殒V離子有兩個(gè)正電荷，而鋰離子只有一個(gè)，因此鎂離子電池的儲(chǔ)能性也應(yīng)更高。鎂離子電池每克能儲(chǔ)存更多電荷，從而使汽車(chē)行駛距離更長(zhǎng)、消費(fèi)電子產(chǎn)品使用時(shí)間更長(zhǎng)。但要想使鎂離子電池能有效工作，其化學(xué)工藝還須進(jìn)一步完善。

對(duì)此，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室杰出科學(xué)家Yuyan Shao指出了兩條技術(shù)路線(xiàn)。一是注重研制鎂金屬陽(yáng)極，這類(lèi)陽(yáng)極能高效地轉(zhuǎn)移電荷，但與常規(guī)電解液不兼容。Singh指出，當(dāng)使用這種電池時(shí)，鎂陽(yáng)極上會(huì)形成“攔阻層”，使電池?zé)o法正常工作，因此研究人員正尋找能很好地和鎂兼容的新型電解液。另一條技術(shù)路線(xiàn)是研制能兼容常規(guī)電解液的新型陽(yáng)極。Shao指出，這種方法此前也很少獲得成功，但豐田公司的論文證明它值得進(jìn)一步研究，特別是在尋找一種高電容、高電壓陽(yáng)極方面。

為提高電池性能、降低材料成本，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界做了許多工作，有的是努力提高鋰離子技術(shù)，有的是探索新的化學(xué)材料，如鋰空氣、鈉空氣、鋰化硫等。豐田北美研究院主攻鎂離子電池，而豐田其他科學(xué)家則探索別的新型電池，如鋰空氣、鈉離子等。它們?cè)谄?chē)和消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域都有可能取代鋰離子電池。

另一個(gè)積極探索鎂離子電池技術(shù)的公司則是從麻省理工學(xué)院孵化而來(lái)的佩里昂技術(shù)公司。該公司利用計(jì)算機(jī)篩選技術(shù)快速測(cè)試鎂離子電池活性物質(zhì)，但兩名公司創(chuàng)始人拒絕評(píng)論豐田公司的有關(guān)實(shí)驗(yàn)。

勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)運(yùn)輸技術(shù)電池項(xiàng)目經(jīng)理、研究人員溫卡特·斯里尼瓦桑指出，20世紀(jì)七八十年代，鋰離子電池研究人員一直在努力研制鋰陽(yáng)極電池，因?yàn)榫拖矜V離子電池一樣，鋰陽(yáng)極電池可能提供更高的電壓，從而帶來(lái)更大的能量密度。研究人員實(shí)驗(yàn)了各種不同陽(yáng)極材料，為今天鋰離子電池產(chǎn)業(yè)打下了實(shí)證基礎(chǔ)。但對(duì)于鎂離子電池來(lái)說(shuō)，宣告鎂陽(yáng)極和錫插入式陽(yáng)極哪條技術(shù)路線(xiàn)最有希望還為時(shí)太早。

實(shí)際上，豐田北美研究院研究人員就一直在同時(shí)探索兩條路線(xiàn)。該研究院總經(jīng)理Takashi Kuzuya說(shuō)：“只確定前一種系統(tǒng)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)還有點(diǎn)兒早，所以我們同步在探索很多種可能性。”他期望鎂離子電池也采取鋰電的產(chǎn)業(yè)路線(xiàn)，即先應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，然后擴(kuò)大到汽車(chē)。

斯里尼瓦桑認(rèn)為豐田論文主要會(huì)在研究人員中產(chǎn)生影響，鎂離子電池商業(yè)化至少還要10年。他說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，即找到陽(yáng)極、陰極和電解液后，進(jìn)入商業(yè)化階段可能還要5年時(shí)間。而目前鎂電池研究還沒(méi)有走到這一步，所以還要等上更多年。”