氧电池(空气电池离我们越来越近)

Posted 2023-05-30

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氧电池(空气电池离我们越来越近)

据《日本经济新闻》4月17日报道，用空气制造电力的终极蓄电池有望在不久的将来出现。它也叫空气电池。这种电池不需要传统的电极，重量是现有锂电池的五分之一。韩国和中国企业围绕空气电池的开发正在进行激烈竞争。

飞行汽车关键技术

业界正力争在本世纪30年代以后普及飞行汽车，而兼顾轻便与容量的蓄电池将成为飞行汽车不可或缺的动力来源之一。

在日本，道路拥堵每年会导致10万亿日元（约合800亿美元）以上的经济损失。在城市里，有时去往10公里远的地方也要花费半小时，非常浪费时间。据世界卫生组织统计，全世界每年约有130万人死于道路交通事故。

这些问题虽然没有堪称杀手锏的解决方案，但利用广阔的天空而不是地面的道路可以成为一个选项。这在目前之所以看起来像是一句空话，是因为缺少轻巧且性能优秀、足以让汽车悬浮在空中的蓄电池。今后的时代不能再依靠燃烧化石燃料来飞行。

正在开发飞行汽车的Sky Drive公司（位于东京都新宿区）计划在2025年左右采用2人乘坐的配置，将飞行汽车投放到出租车行业和急救运输领域。这就需要把目前约为5至10分钟的飞行时间进一步加以延长。

精通电池研究的APB公司（位于东京都千代田区）首席执行官堀江英明说：“汽车要飞行大约1小时，需要每千克450瓦时以上容量的电池。”锂电池则面临每千克300瓦时的瓶颈。如果能把电池做得更轻，容量就可以增加，但是锂电池中占整体重量将近一半的电极（正极）阻碍了重量减轻。

中韩攻克技术难题

于是就轮到空气电池出场了。它大胆改变结构，用从空气中吸收的氧代替正极，与锂金属制成的电极进行组合。外面的空气就是电池的材料。如果没有了正极，锂金属就可以占据电池主体的大部分。这样做的好处是，电池不仅重量轻，而且锂含量高，可以增加蓄电容量。

提取电能的时候，从电池的缝隙中进入的“帮手”氧，会在容器的碳和树脂中与锂离子结合。氧在形成氧化物团的同时，会帮助驱动电子。在充电过程中，完成任务的氧会离开氧化物团，与锂离子分离后再次回到外面。

不过，氧很难从氧化物团中分离出来，金属锂则有很高的起火和产热风险。由于技术研发难度大，这种电池一直被认为是“终极电池”。但是，最近中国和韩国的科研人员开始找到克服问题的方法。

中国汽车电池研究所在锂空气电池的电极结构上想办法，使电池达到了每千克769瓦时的容量。据说，将来“有可能用于航空航天产业和电动汽车”。

韩国的三星电子集团和蔚山科学技术院为了减少电池中氧气通过区域的老化，用有机材料代替了陶瓷，由此充放电的次数从不到10次增加到了100次。虽然仍达不到锂离子电池的4000次充放电次数，但在电解液的改良上找到了办法。

“终极电池”走向实用

使用锂的空气电池在使用过程中负极会变形，容易引起短路。因此，韩国企业也将探索使用其他元素、容量少但容易制造的空气电池。

日本FDK公司连接了几个用空气代替镍氢电池正极的氢空气电池，成功实现了充放电。如果增加所连接的电池数量，从理论上讲就会超过锂电池的容量。

美国的电池初创企业福姆能源公司（Form Energy）计划研制用铁和氧驱动的铁空气电池，用于储存使用可再生能源制造的电力。

如果飞行汽车是电动的，它将不需要燃烧燃料，但是依靠电池到底能不能飞行还是个问题。要想浮在空中，既要解决电池没电的困扰，又要把电池做得轻到极致。

单从重量来说，主要材料采用树脂的“全树脂电池”也颇具前景。APB公司开发的新型锂电池比同类锂电池轻20%，将面向无人潜水艇供货。虽然有观点认为很难增加电池容量，但堀江指出，“如果在电极原料等方面下功夫，也可以用于飞行汽车”。

在电池的世界里，使用空气中氧的空气电池的出现，可以说类似于利用太阳光进行光合作用的微生物给地球带来大量氧气。在氧的作用下，人类在18世纪的工业革命以后，燃烧大量的煤炭、石油、天然气，创造了丰富的生活。但现在为了不燃烧化石燃料，人类又将氧气用于电池。正因为需要在想法上做出大的转变，被寄予厚望的空气电池开发还面临一些困难。

来源：参考消息网