电池容量有望突破，丰田发力锂空气电池

　　锂空气电池有可能实现非常大的容量。我们希望两家公司齐心协力，开发出全新的电池”。

　　2013年1月24日。在丰田与德国宝马签订协议后，丰田代表董事副会长内山田竹志在紧急记者会上表明了决心。该协议意味着两家公司正式就合作研发燃料电池车和跑车、轻量化技术，以及“后锂离子充电电池技术”达成了共识。

　　什么是丰田所说的“革命性电池”？

　　听到内山田的决心，笔者的脑海中浮现出了一个人。那就是丰田电池研究的关键人物之一——射场英纪。射场在丰田设在静冈县裾野市的新一代电池开发基地“电池研究部”担任部长，是革命性充电电池研发的阵前指挥。

　　“为10年、20年后的未来开发革命性电池是我们的使命”。

　　采访射场时他说的这句话给笔者留下了深刻印象。丰田大力研发的“革命性电池”，就是有着“后锂离子充电电池”之称的锂空气电池和全固体电池。在笔者2012年11月采访的日本国内最大的电池学会“第53届电池讨论会”上，丰田积极展示了多项锂空气电池和全固体电池的研究成果。

　　丰田的电池开发进展如何？该公司及整个电池行业关注的最新技术是什么？为了帮助读者解开这些谜团，《日经电子》策划了“新一代电池开发最前线2013”（2013年2月28日，东京永田町）。该研讨会预定包括8场演讲，射场的演讲将占据比较长的时间。在90分钟的时长内，射场将为大家娓娓道来“革命性电池”实现突破需要的技术要素。

　　不断进化的全固体电池

　　“最近，发现了锂离子传导率堪比有机电解液的物质，所以期待进一步提高……”

　　在2012年11月的电池讨论会上，全固体电池相关的发表虽然为数不少，许多人的开场白都象上述那样引人注目。令众多电池研究人员密切关注的“锂离子传导率堪比有机电解液的物质”是Li10GeP2S12，这是东京工业大学研究生院综合理工学研究科物质电子化学专业教授菅野了次率领的研究小组发现的一种硫化物类固体电解质。在这种电解质环境下，表示固体电解质“锂”扩散速度高低的锂离子传导率在室温（27℃）时达到了1.2×10-2S/cm。

　　“资源”和“安全”关注高涨

　　除了以提高容量为目标的锂空气电池和全固体电池的开发日渐活跃外，最近，后锂离子充电电池的另一个开发主题也逐渐成为关注的焦点。那就是“资源”和“安全”。

　　资源方面，前景看好的是不使用稀有金属“锂”的钠离子充电电池。其特点是使用储量丰富的钠。站在钠离子充电电池研发最前沿的东京理科大学理学部应用化学科副教授驹场慎一自信地表示，“（钠电池）隐藏着能够大幅降低成本的潜力”。相关正极材料、负极材料和电解液的候选接二连三登场，目前已经具备了在常温下容量毫不逊色于锂离子充电电池的实力。

　　波音787的电池事故

　　安全是与锂离子充电电池开发形影不离的课题，由于美国波音公司的中型客机“波音787”电池事故连发，使得这个课题受到了更大的关注。

　　最近，日本国土交通省航空局把客机可以运输的飞机用锂离子充电电池的重量从35kg下调到了与普通用途相同的5kg。这是针对国际民间航空组织（ICAO）因波音787的电池事故而修订指针后采取的相应措施，现如今，确保安全的难度确实有所增加。查明电池事故的原因估计还需要一段时间，但无论如何，在今后，电池安全对策技术无疑都将面对更加强烈的需求。

　　日本首都大学东京研究生院城市环境科学研究科分子应用化学领域教授金村圣志开发出了遏制锂金属电池反复充放电时析出枝状锂金属的技术。这是一种具有三维规则排列多孔构造，能够使锂均匀析出为粒状的隔膜“3DOM隔膜”，目标是把安全且能量密度高达500Wh/kg的锂金属电池投入实用。在2月28日的研讨会上，金村将担任开场，率先登场发表演讲。

　　什么是锂空气电池

　　锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。

　　放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子（Li+），Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2），并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91 V。

　　锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极（以多孔碳为主）很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上，由于氧气作为阴极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，其比能为5.21kWh/kg（包括氧气质量），或11.14kWh/kg（不包括氧气）。相对与其他的金属-空气电池，锂空气电池具有更高的比能，因此，它非常有吸引力。