空氣電池離我們越來越近
時間:2022-04-19 09:51來源:參考消息網 作者:綜合報道
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據《日本經濟新聞》4月17日報道，用空氣制造電力的終極蓄電池有望在不久的將來出現。它也叫空氣電池。這種電池不需要傳統的電極，重量是現有鋰電池的五分之一。韓國和中國企業圍繞空氣電池的開發正在進行激烈競爭。
飛行汽車關鍵技術
業界正力爭在本世紀30年代以后普及飛行汽車，而兼顧輕便與容量的蓄電池將成為飛行汽車不可或缺的動力來源之一。
在日本，道路擁堵每年會導致10萬億日元（約合800億美元）以上的經濟損失。在城市里，有時去往10公里遠的地方也要花費半小時，非常浪費時間。據世界衛生組織統計，全世界每年約有130萬人死于道路交通事故。
這些問題雖然沒有堪稱殺手锏的解決方案，但利用廣闊的天空而不是地面的道路可以成為一個選項。這在目前之所以看起來像是一句空話，是因為缺少輕巧且性能優秀、足以讓汽車懸浮在空中的蓄電池。今后的時代不能再依靠燃燒化石燃料來飛行。
正在開發飛行汽車的Sky Drive公司（位于東京都新宿區）計劃在2025年左右采用2人乘坐的配置，將飛行汽車投放到出租車行業和急救運輸領域。這就需要把目前約為5至10分鐘的飛行時間進一步加以延長。
精通電池研究的APB公司（位于東京都千代田區）首席執行官堀江英明說：“汽車要飛行大約1小時，需要每千克450瓦時以上容量的電池。”鋰電池則面臨每千克300瓦時的瓶頸。如果能把電池做得更輕，容量就可以增加，但是鋰電池中占整體重量將近一半的電極（正極）阻礙了重量減輕。
中韓攻克技術難題
于是就輪到空氣電池出場了。它大膽改變結構，用從空氣中吸收的氧代替正極，與鋰金屬制成的電極進行組合。外面的空氣就是電池的材料。如果沒有了正極，鋰金屬就可以占據電池主體的大部分。這樣做的好處是，電池不僅重量輕，而且鋰含量高，可以增加蓄電容量。
提取電能的時候，從電池的縫隙中進入的“幫手”氧，會在容器的碳和樹脂中與鋰離子結合。氧在形成氧化物團的同時，會幫助驅動電子。在充電過程中，完成任務的氧會離開氧化物團，與鋰離子分離后再次回到外面。
不過，氧很難從氧化物團中分離出來，金屬鋰則有很高的起火和產熱風險。由于技術研發難度大，這種電池一直被認為是“終極電池”。但是，最近中國和韓國的科研人員開始找到克服問題的方法。
中國汽車電池研究所在鋰空氣電池的電極結構上想辦法，使電池達到了每千克769瓦時的容量。據說，將來“有可能用于航空航天產業和電動汽車”。
韓國的三星電子集團和蔚山科學技術院為了減少電池中氧氣通過區域的老化，用有機材料代替了陶瓷，由此充放電的次數從不到10次增加到了100次。雖然仍達不到鋰離子電池的4000次充放電次數，但在電解液的改良上找到了辦法。
“終極電池”走向實用
使用鋰的空氣電池在使用過程中負極會變形，容易引起短路。因此，韓國企業也將探索使用其他元素、容量少但容易制造的空氣電池。
日本FDK公司連接了幾個用空氣代替鎳氫電池正極的氫空氣電池，成功實現了充放電。如果增加所連接的電池數量，從理論上講就會超過鋰電池的容量。
美國的電池初創企業福姆能源公司（Form Energy）計劃研制用鐵和氧驅動的鐵空氣電池，用于儲存使用可再生能源制造的電力。
如果飛行汽車是電動的，它將不需要燃燒燃料，但是依靠電池到底能不能飛行還是個問題。要想浮在空中，既要解決電池沒電的困擾，又要把電池做得輕到極致。
單從重量來說，主要材料采用樹脂的“全樹脂電池”也頗具前景。APB公司開發的新型鋰電池比同類鋰電池輕20%，將面向無人潛水艇供貨。雖然有觀點認為很難增加電池容量，但堀江指出，“如果在電極原料等方面下功夫，也可以用于飛行汽車”。
在電池的世界里，使用空氣中氧的空氣電池的出現，可以說類似于利用太陽光進行光合作用的微生物給地球帶來大量氧氣。在氧的作用下，人類在18世紀的工業革命以后，燃燒大量的煤炭、石油、天然氣，創造了豐富的生活。但現在為了不燃燒化石燃料，人類又將氧氣用于電池。正因為需要在想法上做出大的轉變，被寄予厚望的空氣電池開發還面臨一些困難。
(責任編輯：beiping)
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空氣電池
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