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电动车续航数千里不是梦?氟离子电池了解一下

日期: 2022-11-07 09:26
作者: 遥远
电动车续航数千里不是梦?氟离子电池了解一下

作为新能源汽车的“心脏”,当下市场上的动力电池还未能缓解车主们的续航和充电焦虑,人类新能源转型的路还很漫长。

为了提升动力电池能量和性能,不少公司不断推陈出新,如刀片电池、高镍三元电池等逐渐出现在人们视野中,但没有一家厂商敢打包票能让电动车续航超过1000公里。

科技总是要走在现实面前,为开发出能量极高的动力电池,研发者们从未停歇脚步。

近日,《科创板日报》援引日经新闻网报道,日本正积极研发氟离子电池,丰田等汽车厂商已启动研发。据了解,该电池的能量密度可达到锂电池的6-7倍,且不使用稀有金属,易于避免资源采购风险。

不过,氟离子电池尚未找到电极材料和电解质的最佳组合,充放电的可重复次数和电动势等性能也落后于锂电池。

氟离子电池,未来的终极电池?

在技术的进步下,国内动力电池技术路线呈现百花齐放的格局,不少更具性价比和前瞻性的技术不断出现,如钠离子电池、半固态电池,以及更具颠覆性的固态电池等。

除了目前市场的主流为锂离子电池(又分磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂、镍酸锂、钛酸锂、锰酸锂)外,还有氢燃料电池等,而不少企业也在积极研发能量更高的全固态锂电池。

锂离子电池或许只是人类能量利用史上的“过客”,其能量密度目前几乎已达上限,提升困难,且锂离子电池还面临锂元素原料供应紧缺、电池易燃等诸多方面的挑战。

每种电池都有各有优缺点,且每种电池都存在新技术的瓶颈。哪条动力电池技术路线符合社会要求和市场需求,且能减少对稀有原材料的依赖,它便是最合适的。

若能解决电极材料和电解质的最佳组合以及其他性能的问题,氟离子电池将有望碾压当前市面上的所有动力电池。

氟离子电池,即利用负一价氟离子作为穿梭于正负极之间的载流子的二次电池器件,是一种同锂离子电池具有相似工作原理的“摇椅电池”。

以下是氟离子电池的优势:

能量:由于氟的原子质量低,基于该元素的可充电电池的能量密度非常高。根据文献报道,氟离子电池的理论能量密度可以高达5000WhL−1,大约是目前锂离子电池能量密度的8倍;

材料:制造它的氟原料在地壳中储量丰富(氟元素的地壳丰度是锂元素的50倍左右),因此并不稀奇,对环境的影响非常小;

安全性:氟是电负性最强的元素,导致氟离子很难形成相应的单质,因此安全性超过目前使用有机液体电解质的商业化锂离子电池。

当然,氟离子电池面临的技术难题亦不少。

氟离子电池固态电解质离子电导率大多偏低,所以只能在高温下(150摄氏度以上的高温)工作。因此,既要在室温下进行稳定的长循环,又要使用安全的固态电解质,就如“鱼和熊掌”一样难以兼得,这也严重地降低了氟离子电池实际应用的可能性。

各动力厂商均在寻找“黑科技”

实际上,氟离子电池的构型早在20世纪70年代就被提出了,但一直没开发出实际的样品器件。

2011年,由德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的科学家率先开发出利用氟化钡镧(La0.9Ba0.1F2.9)作为电解质的全固态氟离子电池,但一直都没有得到实质性进展。

此后,丰田、本田、美国NASA、日本京都大学和中国科学技术大学等企业和机构都在积极展开相关研究。其中,中国科学技术大学去年首次实现室温下全固态氟离子电池的长循环,在25°C持续充放电4581小时。

湘潭大学研究生院院长、英国皇家化学会会士王先友去年表示,“氟离子电池就是一个真正意义上的颠覆性技术,关于氟离子电池的性能提升,我们初步的工作显示氟离子电池是很有前景的新一代电池体系。”他还称:如果我们有更多的专家参与研究,有更多的企业共同合作,我们的氟离子电池一定会像锂电池一样有个大的发展前景。

国内不少动力电池厂商亦在积极寻找电池“黑科技”,不过鉴于研发氟离子电池技术难度大、周期长,目前没有一家动力电池厂商披露相关研发消息。

去年12月,在回复投资者关于公司的电池侧重哪类技术工艺开发时,宁德时代(300750.SZ)表示:对于无钴电池、全固态电池、无稀有金属电池等下一代电池和行业内的新兴技术,公司始终保持高度关注并开展技术布局。

宁德时代董事长曾毓群今年6月就公开表示过,除全固态电池、半固态电池,包括大家没有听过的凝聚态电池,宁德时代都在搞。而近日,宁德时代表示,目前正全面推进钠离子、M3P、凝聚态、无钴电池、全固态、无稀有金属电池等电池技术布局。其中,宁德时代的钠离子电池有望在2023年实现产业化,这意味着宁德时代对多款新型动力电池的研发计划已经提上日程。

欣旺达(300207.SZ)去年年底也表示,公司先进研发技术团队及院士工作站在固态电池不同技术路线领域都有布局。

此外,国内的中科海钠、华阳股份和多氟多(002407.SZ)都已具备了钠电池量产能力。钠电池在成本、低温性能、安全性方面优于锂电池,未来有望能与锂电池同台竞技。

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