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电池/开关电源 |
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利用可代替锂离子的离子导体，实现充电电池的低成本及高容量 |
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| http://cn.newmaker.com
12/19/2011 11:52:00 AM
日经BP社
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Na离子、Mg离子、Ca离子及Al离子等可作为离子导体代替锂离子充电电池中的锂离子，利用这些离子导体的充电电池开发日益活跃起来。目的是实现电池的低成本化与高容量化。
低成本化方面的目标是，通过采用比锂离子低廉且安全性出色的离子导体，来降低系统成本。比如，住友电气工业与京都大学能源科学研究系的萩原研究室，共同开发出了可在低于100℃的中低温下工作的钠（Na）离子充电电池。目前已在住友电工的大阪制作所，将4个9kWh的电池模块（共计36kWh）连接到该所内的电力系统上进行实证试验。
采用Na离子的充电电池目前有日本碍子（NGK）已实现商用化的NAS（硫磺钠）电池和瑞士MES-DEA公司的钠镍氯化物充电电池。但由于这些电池需要结合使用溶融的Na与陶瓷固体电解质，因此需要将温度提高到300℃才能工作。
住友电工等开发的电池只用混有双(氟磺酰)亚胺钠（NaFSA）和双(氟磺酰)亚胺钾（KFSA）的熔盐来构成电解液。电解液的融点仅为57℃，可在57～190℃的温度范围内工作。
住友电工的目标是将这种电池用于中等规模的电网及普通住宅等的电力储存、频繁行驶的卡车及巴士等商用车上。
让二价离子移动
另一方面，为实现高容量化而利用Mg离子或Ca离子作为离子导体代替锂离子的研发活动也十分活跃。锂离子充电电池利用的是让一价离子Li＋移动的电池反应，而采用Mg离子或Ca离子的电池有望通过交换Mg2＋或Ca2＋＋等二价离子，来实现高容量化（图A-1）。而且，Mg或Ca与Li相比，资源储量丰富，有望降低材料成本。
图A-1：利用二价离子提高能量密度
目前较为活跃的电池研究是，并非像目前的锂离子充电电池那样利用一价离子，而是通过使Mg及Ca等2价离子移动，来提高能量密度。
Mg离子电池方面，除了大学之外，日本产业技术综合研究所、埼玉县产业技术综合中心及索尼等均在学会等会议上介绍了电池特性。但Mg离子电池因材料会随着充放电明显劣化，因此目前还很难作为充电电池使用，业界寄希望于今后的材料开发。Ca离子电池也一样，人们将继续探索可以充放电的材料。
此外，为了使采用锂离子的电池实现高容量化，与材料候选较多的负极相比，材料候选相对较少的正极材料的开发不可缺少。目前，备受关注的是固溶体类正极材料等使两个锂离子移动的氟化橄榄石类及硅酸盐类等材料。而且，多电子移动型电池方面，将有机材料用于正极材料的研发活动也非常活跃。
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