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日本開發(fā)無能量損失的大容量蓄電池

時間:2021-03-06 13:55來源:日經(jīng)中文網(wǎng) 作者:綜合報道
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電池(資料)
 
       克服蓄電池的缺點(diǎn),減少能量損失——日本東京大學(xué)的山田淳夫教授等人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)能防止蓄電池以熱能形式損失能量的電極材料。關(guān)鍵在于氧原子的作用。如能通過控制氧原子的作用來抑制發(fā)熱,則將減少能量損失。要是能推向?qū)嵱没�,�?030年前后,能量損失少的大容量蓄電池或?qū)⒆兊美硭?dāng)然。
       要實(shí)現(xiàn)日本政府倡導(dǎo)的2050年二氧化碳凈零排放,需要開發(fā)出高性能的蓄電池。原因是有必要儲存以風(fēng)力和光伏等產(chǎn)生的可再生能源。無論是日本國內(nèi)還是國外,大學(xué)、大企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)均在提高性能的蓄電池開發(fā)領(lǐng)域展開激烈競爭。
 
       要增加蓄電池能夠儲存的能量,需要增加電池中在正極和負(fù)極之間移動的金屬離子的數(shù)量。蓄電池也是通過離子從正極向負(fù)極移動來儲存電能。如果增加金屬離子的數(shù)量,即可使蓄電池獲得高容量,但正極能保持的離子的數(shù)量存在極限,這成為蓄電池開發(fā)的障礙。
 
       山田教授等人將關(guān)注點(diǎn)投向了正極材料中的氧原子。他們認(rèn)為如果讓氧原子擁有的電子也成為能量的搬運(yùn)工,即可飛躍式增加能儲存的能量。
 
       這一思路以往就有,但存在利用氧原子的電子的材料容易發(fā)熱這一缺點(diǎn)。失去電子的氧原子由于結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定,將與附近的氧原子結(jié)合。這時就會產(chǎn)生熱量并失去儲存的能量。這一點(diǎn)成為實(shí)用化的障礙。
 
       山田教授等人注意到了由鈉、錳和氧混合而成的名為“Na2Mn3O7”的材料。他們發(fā)現(xiàn)如果將這種材料用于蓄電池的正極材料,即使讓氧原子的電子成為能量的搬運(yùn)工,氧原子之間也不會在正極電極相互結(jié)合。
 
       具體來說,在充電后,鈉和氧移動到負(fù)極一側(cè),在放電之后,兩者回到正極一側(cè)。在實(shí)驗(yàn)中,在以4.23伏特充電后,可以4.19伏特放電。而在4.55伏特充電后,以4.52伏特放電。充電和放電的電壓差分別僅為0.04伏特和0.03伏特,表明幾乎沒有電力的損耗。
 
       詳細(xì)研究新材料的電子的狀態(tài)發(fā)現(xiàn),氧原子在釋放電子后,成為一種被稱為“Ligand-hole”的狀態(tài)并穩(wěn)定存在。山田教授等認(rèn)為,釋放電子后的氧原子和錳原子強(qiáng)烈相互吸引,因此即使釋放電子,氧原子仍能保持穩(wěn)定。
 
       因?yàn)椴话l(fā)生氧原子的結(jié)合,所以也不會以熱能形式丟失能量。同時,由于輸出的能量增加,因而成為高效率的電極材料。山田教授等人力爭開發(fā)更效率地防止氧原子之間結(jié)合的電極材料。到2030年前后,能量損失幾乎為零的蓄電池有可能實(shí)現(xiàn)。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 電池 蓄電池
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