2012年10月，在歐洲最大的汽車(chē)廠商德國(guó)大眾公司總部的所在地沃爾夫斯堡，一位34歲的日本研究人員博得滿堂喝彩。他就是東京理科大學(xué)講師藪內(nèi)直明，被選為大眾與德國(guó)知名化學(xué)企業(yè)BASF為了推動(dòng)能源存儲(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)而設(shè)立的科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)“Science Award Electrochemistry”第1屆獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>
藪內(nèi)的研究對(duì)象是“鈉離子電池”。將海水中含量豐富的鈉用于電池內(nèi)部的電極等。也就是將如今廣泛應(yīng)用于數(shù)字家電及電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域的鋰離子電池中的鋰換成鈉。大約2年前，電池學(xué)會(huì)對(duì)這項(xiàng)研究根本不予重視，而如今成了大有發(fā)展前途的技術(shù)，藪內(nèi)稱，“今年在全球或?qū)⒂屑s500篇相關(guān)論文發(fā)表”，日本在該技術(shù)研究領(lǐng)域大大領(lǐng)先。全球多家大企業(yè)紛紛向藪內(nèi)發(fā)出進(jìn)行共同研究的邀請(qǐng)。
鈉離子電池之所以受到關(guān)注，是因?yàn)槠滟Y源幾乎取之不盡用之不竭，易于降低成本。如下表所示，雖然蓄電池技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但鋰離子電池由于適合實(shí)現(xiàn)小型輕量化、可穩(wěn)定進(jìn)行大容量充放電，因此目前居首位。不過(guò)，其面臨的瓶頸是，鋰的儲(chǔ)量在地殼中僅占0.002%左右，是一種稀有金屬。而且大多分布于政局不穩(wěn)的南美等地，日本目前全部依賴進(jìn)口。
材料成本為鋰的20分之1
相反，四周環(huán)海的日本是鈉的寶庫(kù)。與藪內(nèi)共同進(jìn)行著研究的東京理科大學(xué)副教授駒場(chǎng)慎一說(shuō)：“從材料本身的成本來(lái)看，鈉僅為鋰的20分之1。即使增加其他材料，成本至少也能降到原先的一半以下。”
20世紀(jì)90年代，索尼公司等日本企業(yè)在全球率先實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的實(shí)用化，但眼下在韓國(guó)企業(yè)的攻勢(shì)下在市場(chǎng)上失利，就連索尼也有可能出售電池業(yè)務(wù)。
不過(guò)，隨著新興市場(chǎng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球或?qū)⒚媾R能源短缺危機(jī)，可存儲(chǔ)能源的電池用途不再僅僅限于數(shù)字家電等領(lǐng)域。蓄電池已在向有助于提高全社會(huì)能源效率、可用于汽車(chē)及風(fēng)力發(fā)電等電力設(shè)備的大容量電池發(fā)展。因此，在成本及性能兩方面進(jìn)行改善的余地依然很大。鋰離子電池領(lǐng)域也不安寧，日本企業(yè)有可能借助技術(shù)實(shí)力，再次憑借電池席卷全球。
在豐田汽車(chē)公司電池研究部從事鈉離子電池開(kāi)發(fā)的中西真二堅(jiān)定地說(shuō)：“我們要開(kāi)發(fā)的電池不僅是成本低，而且在性能方面也要達(dá)到與鋰電池同等或在其之上的水平。”
豐田在于2012年10月舉行的學(xué)會(huì)上宣布，在電池內(nèi)部電極上采用“鈷磷酸鹽”的鈉化合物，可制造出電壓超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的鈉離子電池。從該化合物的結(jié)構(gòu)來(lái)看，鈉易于從多個(gè)方向進(jìn)出，電極間的電力流通更為順暢。雖然還面臨大容量化等實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的課題，但給人的印象是，鈉很有可能成為新一代電池的主角。
電池的主角從家電轉(zhuǎn)為汽車(chē)
豐田正加速推進(jìn)包括鈉電池在內(nèi)的新一代電池研究。研究人員的目標(biāo)是，推出充電一次可行駛500公里以上、性能可媲美汽油車(chē)的真正新一代汽車(chē)。中西認(rèn)為：“現(xiàn)在的鋰離子電池?zé)o法在維持后備箱尺寸等目前汽車(chē)形狀的條件下，實(shí)現(xiàn)500公里的行駛性能。”
研究主題涉及到了電池本身的結(jié)構(gòu)。例如，將用于電力在電極間流通的電解液改換為固體電解質(zhì)的“全固體電池”。這種電池通過(guò)串聯(lián)配置多個(gè)電極，提高電壓，可獲得更高的能量密度。
在電池領(lǐng)域獲勝者將成為今后汽車(chē)行業(yè)的領(lǐng)軍者。正因如此，像文章開(kāi)篇提到的大眾一樣，全球汽車(chē)廠商都在努力拉攏相關(guān)研究人員，但電池的可能性并不僅限于此。由于使用電池，那么利用電動(dòng)汽車(chē)就必須構(gòu)筑社會(huì)能源基礎(chǔ)設(shè)施，因此汽車(chē)廠商的商機(jī)應(yīng)該會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。
日產(chǎn)汽車(chē)公司在全球率先實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車(chē)“LEAF”(聆風(fēng))的量產(chǎn)。該公司負(fù)責(zé)尖端研究的技術(shù)策劃部部長(zhǎng)佐藤學(xué)介紹道：“LEAF配備的電池容量中，用于行駛的約為5成。最多可將剩余的5成電力用于行駛以外的其他用途。”一般情況下，駕駛汽車(chē)的時(shí)間在1天中僅占1成左右。汽車(chē)停放期間將存儲(chǔ)的電力供應(yīng)給住宅的“LEAF to home”機(jī)制在喚起純電動(dòng)汽車(chē)需求方面起了很大作用。
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