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(dòng)汽車(chē)一次充電行駛1000公里。
該團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(guò)氟離子導(dǎo)電電解質(zhì)將氟離子從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極來(lái)發(fā)電的。
這個(gè)原型的陽(yáng)極或負(fù)電荷電極由氟、銅和鈷組成，而陰極或正電荷電極主要由鑭組成。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(shí)間比現(xiàn)在的鋰離子電池長(zhǎng)7倍。
近年來(lái)，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(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程顯著增加。減速能量回收系統(tǒng)利用制動(dòng)產(chǎn)生的電能為電池充電。例如，特斯拉和日產(chǎn)汽車(chē)的一些最新電動(dòng)汽車(chē)，在理想條件下每次充電最多可行駛600公里。但專(zhuān)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?yàn)槔碚撋纤懈叩哪芰棵芏?。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，如果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提供更長(zhǎng)時(shí)間的電量。
研究人員用固體電解質(zhì)來(lái)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(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是它們不會(huì)著火，這意味著工程師不必?fù)?dān)心創(chuàng)建防止過(guò)熱的系統(tǒng)。
研究人員認(rèn)為，固態(tài)FIB電池可以解決電動(dòng)汽車(chē)充電一次就能行駛1000公里的難題。不過(guò)，許多專(zhuān)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(shuō)，當(dāng)固態(tài)電解質(zhì)被充分加熱時(shí)，氟離子才會(huì)向極化電極移動(dòng)。這使得FIB電池對(duì)許多消費(fèi)者應(yīng)用程序不切匹配。所需的高溫也會(huì)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(duì)計(jì)劃調(diào)整用于陽(yáng)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(Honda Research Institute)的科學(xué)家、加州理工學(xué)院和美國(guó)宇航局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過(guò)FIB電池技術(shù)達(dá)到了一個(gè)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Robert Grubbs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(zhǎng)時(shí)間——比現(xiàn)在使用的電池使用時(shí)間長(zhǎng)8倍。”
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(kāi)發(fā)這種電池的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。大阪一家研究機(jī)構(gòu)鋰離子電池技術(shù)與評(píng)估中心聯(lián)盟的執(zhí)行董事Yasuo Ishiguro說(shuō)，誰(shuí)能研發(fā)出性能最好的可充電電池，誰(shuí)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(chǎng)利潤(rùn)豐厚，預(yù)計(jì)全球銷(xiāo)量將在三年內(nèi)突破6萬(wàn)億日元(約合560億美元)?？沙潆婋姵丶夹g(shù)的進(jìn)步不僅會(huì)帶來(lái)更好的電動(dòng)汽車(chē)。這將使它們成為太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的普遍存儲(chǔ)媒介，幫助為社會(huì)提供清潔能源。
盡管人們對(duì)氟離子電池的希望越來(lái)越大，但它們暫時(shí)還不會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)。許多專(zhuān)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(huì)商業(yè)化。鋰離子電池的原型在1985年被開(kāi)發(fā)出來(lái)，但是直到1991年才開(kāi)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(zhǎng)，因此電池領(lǐng)域的霸主之戰(zhàn)將會(huì)是一場(chǎng)艱苦的戰(zhàn)斗。在人工智能和下一代計(jì)算技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的美國(guó)和中國(guó)，將在電池競(jìng)爭(zhēng)中成為令人生畏的對(duì)手。
為了跟上這一趨勢(shì)，日本還需要一個(gè)將電池大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)結(jié)合起來(lái)的戰(zhàn)略。2000年左右，來(lái)自中國(guó)和韓國(guó)的新對(duì)手通過(guò)低價(jià)產(chǎn)品搶占了市場(chǎng)份額，使日本公司失去了在全球鋰電池市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。所有這些國(guó)家的公司都決心在為未來(lái)提供動(dòng)力的電池市場(chǎng)上搶占一席之地。
