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鋰離子電池的7倍,可以讓電動汽車一次充電行駛1000公里。
該團隊開發了一種基于氟的可充電電池原型。氟離子電池(FIB)是通過氟離子導電電解質將氟離子從一個電極轉移到另一個電極來發電的。
這個原型的陽極或負電荷電極由氟、銅和鈷組成,而陰極或正電荷電極主要由鑭組成。研究人員已經證實,該電池原型具有更高的理論上的能量密度,這可能使它的續航時間比現在的鋰離子電池長7倍。
近年來,由于鋰離子電池性能和減速能量回收系統的改進,電動汽車的續航里程顯著增加。減速能量回收系統利用制動產生的電能為電池充電。例如,特斯拉和日產汽車的一些最新電動汽車,在理想條件下每次充電最多可行駛600公里。但專家表示,鋰離子電池的能量密度在理論上存在限制,這意味著它們的續航里程范圍不能進一步擴大。
京都大學和豐田公司的研究人員已經轉向氟離子電池(FIB),因為理論上它有更高的能量密度。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在的鋰離子電池相同,那么在兩次充電之間可以提供更長時間的電量。
研究人員用固體電解質來代替鋰離子電池中通常使用的液體電解質。這種固態電池的一個關鍵優勢是它們不會著火,這意味著工程師不必擔心創建防止過熱的系統。
研究人員認為,固態FIB電池可以解決電動汽車充電一次就能行駛1000公里的難題。不過,許多專家仍然持懷疑態度。最大的挑戰是,到目前為止,FIB電池只能在高溫下工作。也就是說,當固態電解質被充分加熱時,氟離子才會向極化電極移動。這使得FIB電池對許多消費者應用程序不切匹配。所需的高溫也會導致電極膨脹。
京都大學和豐田研究小組稱,他們已經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。該團隊計劃調整用于陽極的材料,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)的科學家、加州理工學院和美國宇航局(NASA)噴氣推進實驗室的研究人員通過FIB電池技術達到了一個重要的里程碑:能夠在室溫下操作電池,而不是將電池加熱到高溫。
在《科學》雜志上發表的一篇論文中,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時間——比現在使用的電池使用時間長8倍?!?/span>