據(jù)日經(jīng)新聞4日報道，作為新一代蓄電池，采用氟的“氟化物離子電池”日趨受到關(guān)注。

據(jù)悉，這種電池存儲電力的性能提高至目前鋰離子電池的6～7倍，能實現(xiàn)重量更輕、體積更小的電池，充電一次行駛1000公里，有望成為2030年以后蓄電池的有力競爭者之一，豐田等汽車廠商也已啟動開發(fā)。

什么是氟離子電池？

【資料圖】

氟離子電池，是以氟化物作為載流子的可充電電池器件，是一種同鋰離子電池具有相似工作原理的“搖椅電池”。氟離子電池通過氟化物離子（fluoride ion）在正極和負(fù)極之間移動實現(xiàn)充放電。

目前主流的新能源車型搭載的都是三元鋰以及磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池存能量密度大續(xù)航里程長低溫活性好的優(yōu)點，但是存在穩(wěn)定性差，事故后容易自燃等安全問題。

而磷酸鐵鋰電池有著低成本高安全性的優(yōu)勢，但是低溫表現(xiàn)一般，能量密度沒有特別高?？v觀整個新能源市場，還沒有哪款車型可以做到續(xù)航1000Km的水平。

而據(jù)報道，氟離子電池如果研發(fā)成功，其能量密度（代表存儲電力的性能）可達到鋰離子電池的6～7倍，能做出更輕、更小的電池，同時理論上也能實現(xiàn)不使用稀有金屬的結(jié)構(gòu)，易于避免資源采購風(fēng)險。

據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁團隊此前的研究，

就能量密度而言，全固態(tài)氟離子電池理論能量密度極高，最高可接近每升5000瓦時，約是目前商業(yè)化鋰離子電池能量密度的8倍，也超過了正在研究開發(fā)的鋰空氣電池。

就安全性能而言，氟是電負(fù)性最強的元素，極難轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的單質(zhì)，不易發(fā)生類似鋰離子形成鋰枝晶的反應(yīng)，因此基于不可燃無機固態(tài)電解質(zhì)的氟離子電池，安全性能無疑更好。

就原料供應(yīng)而言，氟元素的地殼豐度遠高于鋰元素。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，氟元素的地殼豐度是鋰元素的50倍左右，氟離子電池在原材料供應(yīng)方面的壓力遠低于鋰離子電池。

豐田等汽車廠商已啟動開發(fā)

據(jù)媒體此前2020年8月報道，豐田和京都大學(xué)研究人員正在聯(lián)合開發(fā)新型氟離子電池。汽車廠商非常關(guān)注這一領(lǐng)域，本田旗下的本田研究所也于2018年攜手美國國家航空航天局（NASA）等發(fā)布了有關(guān)氟離子電池的研究成果。

不過，實用化面臨的問題很多，例如未找到電極材料和電解質(zhì)的最佳組合，充放電的可重復(fù)次數(shù)和電動勢等性能目前仍落后于鋰離子電池等。

但是據(jù)日本立命館大學(xué)教授岡崎健等人的團隊于今年9月發(fā)布了分析氟離子電池的電極和電解質(zhì)材料的組合如何影響電極反應(yīng)的成果，用于正極的鉍與氟離子直接產(chǎn)生反應(yīng)，電極的體積發(fā)生改變，而用于負(fù)極的鉛溶解于電解液，與氟離子產(chǎn)生反應(yīng)，存在結(jié)晶析出等諸多問題，這種差異會影響充放電的可重復(fù)次數(shù)等，岡崎表示“已顯示出材料探索的方向”，將在2025年之前，通過電極材料采用銅和鋁的低成本方式試制資源采購風(fēng)險低的氟離子電池。

國內(nèi)也有相關(guān)研究

據(jù)中國科學(xué)報2021年12月30日消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁團隊設(shè)計了一種新型氟離子固態(tài)電解質(zhì)——鈣鈦礦氟離子導(dǎo)體，首次實現(xiàn)室溫下全固態(tài)氟離子電池的穩(wěn)定長循環(huán)，在25℃下持續(xù)充放電4581小時后，容量沒有發(fā)生顯著衰減，相關(guān)研究成果刊發(fā)于Small。

據(jù)悉，這一成果創(chuàng)造了全固態(tài)氟離子電池領(lǐng)域循環(huán)時間最長、容量保持率最高的世界紀(jì)錄，吸引了人們對全固態(tài)氟離子電池關(guān)注的目光，讓人們看到未來電池多元化發(fā)展的希望。

據(jù)馬騁介紹，它最重要的意義還在于它是一種‘從0到1’的突破，由于缺乏合適的電解質(zhì)，氟離子電池在很長一段時間內(nèi)并不被業(yè)界看好，相關(guān)研究也極其稀少，而新型固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)現(xiàn)則將“不可能”變成了“可能”。

其同時指出，全固態(tài)氟離子電池由固態(tài)電解質(zhì)、正極材料、負(fù)極材料共同組成，而只有三者同時具備優(yōu)異的性能，這種電池才有可能投入實際應(yīng)用。他們此次報道的新材料克服了固態(tài)電解質(zhì)的瓶頸，但目前仍然不存在性能令人滿意的正極材料和負(fù)極材料。

應(yīng)用場景想象空間大

據(jù)豐田等涉足的開發(fā)所研究顯示：

1）面向純電動汽車方面，氟離子電池屬于被視為新一代的強有力競爭者的蓄電池之一。

2）面向太陽能和風(fēng)力等可再生能源的蓄電用途也受到期待。

3）而在鈉離子電池和鎂離子電池等各種競爭者當(dāng)中，氟離子電池可同時解決超過鋰離子電池的大容量化和資源問題的潛力構(gòu)成優(yōu)勢”。

不過，馬騁團隊也坦言，這一技術(shù)雖然具有獨特的優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景，但未來發(fā)展仍面臨很多挑戰(zhàn)。

而一旦成功，全固態(tài)氟離子電池將以優(yōu)異的安全性和極高的能量密度對新能源汽車、儲能等重度依賴電池技術(shù)的領(lǐng)域造成顛覆性的改變。

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關(guān)鍵詞： 能量密度 鋰離子電池 電解質(zhì)的