什么是空氣電池，空氣電池壽命難題相繼被攻克，實用化即將到來了嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-28 19:19
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3月21日報道，空氣電池被稱為終極蓄電池，但壽命短是其面臨的最大課題，如今大幅提高壽命的技術(shù)被相繼開發(fā)出來。富士通相關(guān)的電子零部件廠商FDK研發(fā)的使用氫的特殊型空氣電池將在3年后走向?qū)嵱没?。NTT試制出了使用鋰的長壽命空氣電池。在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時代，高性能電池的必要性出現(xiàn)提高?？諝怆姵氐膶嵱没瘯r間可能大幅提前至2020年代，預(yù)計開發(fā)競爭將愈發(fā)激烈。
空氣電池的重量輕，根據(jù)這一特點有望被搭載于飛行汽車、到處活動的機器人、掌握健康狀況的傳感器等設(shè)備上。伴隨通過各種設(shè)備收集數(shù)據(jù)的必要性提高，對于像空氣電池這樣重量輕、性能高的電池的需求將出現(xiàn)擴大。如果儲存太陽光等可再生能源產(chǎn)生的多余電力的系統(tǒng)得到普及，還有望大幅削減二氧化碳排放量。
鋰電池的登場使得移動設(shè)備普及，支撐了IT革命。隨著性能的不斷提高，鋰電池還成為汽車電動化的重要零部件。但是其性能正在接近技術(shù)極限，同時還存在易燃等缺點。
空氣電池作為新一代電池的有力候選之一，通過吸取空氣中的氧，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電。由于氧氣取之不盡，理論上空氣電池的蓄電量可達到鋰電池的5-10倍。
在電池的正極和負極中，由于正極使用氧取代金屬，所以空氣電池更輕，同時還能降低材料成本。當(dāng)前，空氣電池走向?qū)嵱没木薮笳n題是性能很快下降。
FDK開發(fā)的空氣電池使氫和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電。利用混合動力車等使用的鎳氫電池的結(jié)構(gòu)，把使用鎳的正極替換成氧。加上以稀有金屬釕為主要成分的微粒子，促進化學(xué)反應(yīng)。即使反復(fù)充放電500次，性能也僅僅降低不到1成。這種電池如果用于儲存再生能源的電力，使用壽命為10年左右。
FDK開發(fā)的電池需要附帶從氧中去除二氧化碳和雜質(zhì)的裝置。據(jù)說即使加上附帶的部分，成本也比鋰電池低。該公司的常務(wù)執(zhí)行董事莊瀨知行認為，“和現(xiàn)在相比，可以把性能提高2-3倍”。
NTT證實，負極中使用鋰的鋰空氣電池即使充放電100次性能也不會下降。其關(guān)鍵在于混入了以錳為主要成分的化合物，具有促進充放電必要化學(xué)反應(yīng)的作用。
鋰空氣電池反復(fù)充放電后，會出現(xiàn)不需要的雜質(zhì)，導(dǎo)致性能下降。在過去，幾次充放電后性能就會下降。以此次混入化合物的成果為線索，將更容易探索最合適材料。此外，據(jù)說可以通過在化合物的配比等方面下功夫來延長電池的使用壽命。
日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)與軟銀推進鋰空氣電池的共同開發(fā)，力爭2025年實現(xiàn)實用化。使用碳納米管和石墨烯等納米碳素材料，把容量提高至鋰電池的15倍，即使充放電100次以上性能也不會退化。開發(fā)團隊負責(zé)人久保佳實干勁十足地表示，“目標(biāo)是把容量提高至10倍以上，成本降低至10分之1”。這種電池有望用于移動設(shè)備和無人機。
在新一代電池的開發(fā)競爭中，安全、充電時間短的全固體電池被認為正在接近實用化?？諝怆姵仉m然在高速充電和壽命方面不及全固體電池，但是具有輕量、潛能大的特點。豐田正加緊把搭載全固體電池的純電動汽車(EV)推向?qū)嵱没?，一方面，也正致力于開發(fā)空氣電池。
與鉛酸電池相比，鋰電池的能量密度高、壽命長、體積小、重量輕等優(yōu)點，被人們寄予替代鉛酸電池的厚望。三年前，有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，在制造電動車領(lǐng)域，鋰電池在2015年可以替代大約20%的鉛酸電池，五年內(nèi)可以實現(xiàn)大約替代30%的鉛酸電池。然而時值今日，鋰電池實際替代鉛酸電池不到10%，而未來兩年內(nèi)要實現(xiàn)目標(biāo)看來是非常的艱難。據(jù)最近行業(yè)協(xié)會預(yù)測的數(shù)據(jù)顯示：今年鋰電車的銷量約300萬輛，而整個電動車產(chǎn)銷量約3200萬輛。那么鋰電池替代鉛酸電池的主要障礙在哪里？
鋰電池性價比優(yōu)勢并不突出。據(jù)眾多經(jīng)銷鋰電車的經(jīng)銷商反映：采用國產(chǎn)鋰電池的電動車，返修率居高不下。國內(nèi)實力雄厚的鋰電池企業(yè)與一般的中小鋰電池企業(yè)(pack)工廠制造出來的鋰電池其返修率竟然低到5%，高到13%左右的差距，價格十分的懸殊：以錳系材料的48V12Ah約500元/組左右，鎳鈷錳三元材料的鋰電池48V12Ah約650元/組左右。但是pack鋰電池48V12Ah只有約320元/組左右。但是這種pack鋰電池使用不到一年，電池容量大大衰減，已經(jīng)無法再使用。而錳系材料和三元材料的鋰電池與鉛酸相比，除了體積小與重量輕之外，其余并沒有多大的優(yōu)勢，其使用達到2年以上，電池的衰減程度已經(jīng)無法滿足行駛長距離的要求。
返修時間過長嚴重制約了消費者的使用。一旦出現(xiàn)鋰電池的故障進行返修，時間長則一個星期左右，甚至有的更長，讓消費者等待得不耐煩，失去了使用的信心。其原因是，經(jīng)銷商無法維修或更換鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)問題的電芯，一定要通過快遞運送到制造企業(yè)，通過專業(yè)設(shè)備來進行電池的維修。這是制約鋰電池大規(guī)模替代鉛酸電池的關(guān)鍵之一。
鋰電池過于“嬌貴”，無法像鉛酸電池那樣經(jīng)得起折騰。鋰電車在使用過程中，經(jīng)不起摔扔撞擊，一旦鋰電池遭到刺穿，或者劇烈撞擊把鋰電池摔壞，鋰電池就有可能會產(chǎn)生燃燒與爆炸；鋰電池對充電器的要求很高，不能像鉛酸電池那樣隨便用馬路邊的投幣充電器來充電，一旦電流過大，擊穿鋰電池內(nèi)的保護板就有可能產(chǎn)生導(dǎo)致燃燒甚至爆炸。
由于鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，大量的低端鋰電池沖擊著市場，使得經(jīng)銷商對鋰電車企業(yè)的選擇格外的小心謹慎，弄不好哪家制造企業(yè)一年半載之后就關(guān)門跑路，采購進來的鋰電車就要讓經(jīng)銷商全部兜著處理了。由此可見，鋰電池要實現(xiàn)替代鉛酸電池，如果不改變上述的問題，再過五年恐怕也很難
