鋰空氣電池有可能實(shí)現(xiàn)非常大的容量。我們希望兩家公司齊心協(xié)力，開發(fā)出全新的電池”。

　　2013年1月24日。在豐田與德國寶馬簽訂協(xié)議后，豐田代表董事副會(huì)長內(nèi)山田竹志在緊急記者會(huì)上表明了決心。該協(xié)議意味著兩家公司正式就合作研發(fā)燃料電池車和跑車、輕量化技術(shù)，以及“后鋰離子充電電池技術(shù)”達(dá)成了共識(shí)。

　　什么是豐田所說的“革命性電池”？

　　聽到內(nèi)山田的決心，筆者的腦海中浮現(xiàn)出了一個(gè)人。那就是豐田電池研究的關(guān)鍵人物之一——射場(chǎng)英紀(jì)。射場(chǎng)在豐田設(shè)在靜岡縣裾野市的新一代電池開發(fā)基地“電池研究部”擔(dān)任部長，是革命性充電電池研發(fā)的陣前指揮。

　　“為10年、20年后的未來開發(fā)革命性電池是我們的使命”。

　　采訪射場(chǎng)時(shí)他說的這句話給筆者留下了深刻印象。豐田大力研發(fā)的“革命性電池”，就是有著“后鋰離子充電電池”之稱的鋰空氣電池和全固體電池。在筆者2012年11月采訪的日本國內(nèi)最大的電池學(xué)會(huì)“第53屆電池討論會(huì)”上，豐田積極展示了多項(xiàng)鋰空氣電池和全固體電池的研究成果。

　　豐田的電池開發(fā)進(jìn)展如何？該公司及整個(gè)電池行業(yè)關(guān)注的最新技術(shù)是什么？為了幫助讀者解開這些謎團(tuán)，《日經(jīng)電子》策劃了“新一代電池開發(fā)最前線2013”（2013年2月28日，東京永田町）。該研討會(huì)預(yù)定包括8場(chǎng)演講，射場(chǎng)的演講將占據(jù)比較長的時(shí)間。在90分鐘的時(shí)長內(nèi)，射場(chǎng)將為大家娓娓道來“革命性電池”實(shí)現(xiàn)突破需要的技術(shù)要素。

　　不斷進(jìn)化的全固體電池

　　“最近，發(fā)現(xiàn)了鋰離子傳導(dǎo)率堪比有機(jī)電解液的物質(zhì)，所以期待進(jìn)一步提高……”

　　在2012年11月的電池討論會(huì)上，全固體電池相關(guān)的發(fā)表雖然為數(shù)不少，許多人的開場(chǎng)白都象上述那樣引人注目。令眾多電池研究人員密切關(guān)注的“鋰離子傳導(dǎo)率堪比有機(jī)電解液的物質(zhì)”是Li10GeP2S12，這是東京工業(yè)大學(xué)研究生院綜合理工學(xué)研究科物質(zhì)電子化學(xué)專業(yè)教授菅野了次率領(lǐng)的研究小組發(fā)現(xiàn)的一種硫化物類固體電解質(zhì)。在這種電解質(zhì)環(huán)境下，表示固體電解質(zhì)“鋰”擴(kuò)散速度高低的鋰離子傳導(dǎo)率在室溫（27℃）時(shí)達(dá)到了1.2×10-2S/cm。

　　“資源”和“安全”關(guān)注高漲

　　除了以提高容量為目標(biāo)的鋰空氣電池和全固體電池的開發(fā)日漸活躍外，最近，后鋰離子充電電池的另一個(gè)開發(fā)主題也逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。那就是“資源”和“安全”。

　　資源方面，前景看好的是不使用稀有金屬“鋰”的鈉離子充電電池。其特點(diǎn)是使用儲(chǔ)量豐富的鈉。站在鈉離子充電電池研發(fā)最前沿的東京理科大學(xué)理學(xué)部應(yīng)用化學(xué)科副教授駒場(chǎng)慎一自信地表示，“（鈉電池）隱藏著能夠大幅降低成本的潛力”。相關(guān)正極材料、負(fù)極材料和電解液的候選接二連三登場(chǎng)，目前已經(jīng)具備了在常溫下容量毫不遜色于鋰離子充電電池的實(shí)力。

　　波音787的電池事故

　　安全是與鋰離子充電電池開發(fā)形影不離的課題，由于美國波音公司的中型客機(jī)“波音787”電池事故連發(fā)，使得這個(gè)課題受到了更大的關(guān)注。

　　最近，日本國土交通省航空局把客機(jī)可以運(yùn)輸?shù)娘w機(jī)用鋰離子充電電池的重量從35kg下調(diào)到了與普通用途相同的5kg。這是針對(duì)國際民間航空組織（ICAO）因波音787的電池事故而修訂指針后采取的相應(yīng)措施，現(xiàn)如今，確保安全的難度確實(shí)有所增加。查明電池事故的原因估計(jì)還需要一段時(shí)間，但無論如何，在今后，電池安全對(duì)策技術(shù)無疑都將面對(duì)更加強(qiáng)烈的需求。

　　日本首都大學(xué)東京研究生院城市環(huán)境科學(xué)研究科分子應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域教授金村圣志開發(fā)出了遏制鋰金屬電池反復(fù)充放電時(shí)析出枝狀鋰金屬的技術(shù)。這是一種具有三維規(guī)則排列多孔構(gòu)造，能夠使鋰均勻析出為粒狀的隔膜“3DOM隔膜”，目標(biāo)是把安全且能量密度高達(dá)500Wh/kg的鋰金屬電池投入實(shí)用。在2月28日的研討會(huì)上，金村將擔(dān)任開場(chǎng)，率先登場(chǎng)發(fā)表演講。

　　什么是鋰空氣電池

　　鋰空氣電池是一種用鋰作陽極，以空氣中的氧氣作為陰極反應(yīng)物的電池。

　　放電過程：陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子（Li+），Li+穿過電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結(jié)合生成氧化鋰（Li2O）或者過氧化鋰（Li2O2），并留在陰極。鋰空氣電池的開路電壓為2.91 V。

　　鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。理論上，由于氧氣作為陰極反應(yīng)物不受限，該電池的容量僅取決于鋰電極，其比能為5.21kWh/kg（包括氧氣質(zhì)量），或11.14kWh/kg（不包括氧氣）。相對(duì)與其他的金屬-空氣電池，鋰空氣電池具有更高的比能，因此，它非常有吸引力。

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