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豐田發力研發下一代電動汽車電池 開發鎂電池
2013-01-21 09:13:31

鋰離子電池輕便而且儲能能力強,這使得汽車制造商們能夠制造出具有完美加速性能,較長駕駛里程和壽命的純電動或混合動力汽車。但是鋰電池造價昂貴,比如,尼桑聆風的電池部分造價12000美元。而且電動汽車的性能還為此受到限制,聆風汽車在理想狀態下每138英里就需要充電一次,這使得很多車主對電動汽車并不買賬。

 

豐田研究人員正在有條不紊地開發鎂離子電池,用于取代鋰離子電池。鎂離子電池在未來將會提供一種更加廉價并具有更高儲能密度的解決方案。

 

本月早些時候,位于密歇根州豐田北美研究所(TRINA)的研究人員在雜志發表了一篇文章,文中描述了作者在同樣電解質的環境里,分別對錫制陽極的鎂離子電池和鋰離子電池進行了試驗。文章的第一作者尼基爾·辛格(NIkhilendra Singh)表示:試驗結果表現出鎂離子電池大有發展前途,并且為將來的研究指明了方向。辛格還表示:“鎂離子電池的發展潛力是顯而易見的,我們需要做更多的改進,但總體來說,結果令人激動。”

 

鎂元素分布廣泛,因此鎂離子的電池的價格會很低廉。由于鎂離子具有兩個正電荷,而鋰離子只有一個,因此鎂離子電池比鋰離子電池具有更大的儲能能力。單位質量的鎂離子電池可以存儲更多能量,這就使汽車可以行使更長的里程,使消費電子產品可以使用更長的時間。但鎂離子電池的工作效率還不盡如人意。

 

西北太平洋國家實驗室的高級科學家邵玉燕(Yuyan Shao)說,目前的研究有兩個主要方向:

 

第一個研究重點是鎂的金屬陽極,鎂離子電池的制造就是基于此的。這種陽極具有更高的轉換效率,但與傳統的電解質不相容。當通電時,鎂陽極上會形成一層阻擋膜,使得電池斷電。因此研究人員正在開發能和金屬鎂匹配的新電解質,辛格說道。

 

另一個解決方案是使用其他材質的陽極,這種陽極能與傳統電解質匹配。不過這種方法還沒有成功的先例,邵玉燕表示,豐田公司認為這值得一試,特別是將目標鎖定在開發一種高容量,高電壓的陰極上。

 

學術界和工業界為了提高電池性能和降低成本做了大量工作,其中包括提升鋰離子技術或研究新的化學物質,如鋰氣體、鈉氣體和鋰硫磺等。豐田北美研究所主要致力于鎂的研究,同時,其他地方的豐田科學家們正在開發新的電池種類,包括鋰氣體電池和鈉離子電池,用于汽車或各種消費電子產品中,這些都有可能替代鋰離子電池。

 

Pellion科技公司,源自麻省理工大學,也在積極推進鎂離子電池。他們使用計算機掃描技術,對鎂離子電池中反應活躍的物質進行快速測試。但Pellion公司的兩位創始人拒絕對此豐田公司的研究成果進行評論。

 

勞倫斯伯克利研究室,提高電池傳輸效率項目的研究員文卡特 斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)表示,在19701980年期間,鋰離子電池的研究者們試圖制造金屬鋰陽極的電池,因為相對鎂,鋰陽極具有更高的電壓,進而具有更好的儲能密度。最終,因為使用了不同的陽極材料,為今天的鋰離子電池工業鋪平了道路。

 

斯里尼瓦桑還表示,對于鎂電池,現在說哪種路線:鎂陽極還是錫插入型陽極更有前途還為時過早。

 

事實上,豐田北美研究所的研究員們將持續進行這兩個方向的研究。

 

豐田北美研究所總經理葛谷高子(Takashi Kuzuya)說:“目前決定走那條路還為時過早,因此我們在進行多方面的調查研究”。他希望鎂離子電池能先應用于消費電子設備,然后是汽車,就像鋰離子電池的推廣路線一樣。

 

斯里尼瓦桑表示:“豐田理論的影響主要還是針對研究團體的。鎂電池的商業應用至少還要10年時間。當你對陽極、陰極和電解質有了技術突破以后,你依然需要大概5年的時間來走向商業化階段,更別說我們目前對鎂電池還沒有這樣全面的技術突破,這還需要很長的一段時間。”

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