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日本開發無能量損失的大容量蓄電池

2021/03/05

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脫碳經濟

      克服蓄電池的缺點,減少能量損失——日本東京大學的山田淳夫教授等人的研發團隊正在開發能防止蓄電池以熱能形式損失能量的電極材料。關鍵在於氧原子的作用。如能通過控制氧原子的作用來抑制發熱,則將減少能量損失。要是能推向實用化,到2030年前後,能量損失少的大容量蓄電池或將變得理所當然。

        

  

      要實現日本政府倡導的2050年二氧化碳凈零排放,需要開發出高性能的蓄電池。原因是有必要儲存以風力和光伏等産生的可再生能源。無論是日本國內還是國外,大學、大企業和初創企業均在提高性能的蓄電池開發領域展開激烈競爭。

  

      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極之間移動的金屬離子的數量。蓄電池也是通過離子從正極向負極移動來儲存電能。如果增加金屬離子的數量,即可使蓄電池獲得高容量,但正極能保持的離子的數量存在極限,這成為蓄電池開發的障礙。

  

      山田教授等人將關注點投向了正極材料中的氧原子。他們認為如果讓氧原子擁有的電子也成為能量的搬運工,即可飛躍式增加能儲存的能量。

      

蓄電池(資料)

      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熱這一缺點。失去電子的氧原子由於結構變得不穩定,將與附近的氧原子結合。這時就會産生熱量並失去儲存的能量。這一點成為實用化的障礙。

  

      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。他們發現如果將這種材料用於蓄電池的正極材料,即使讓氧原子的電子成為能量的搬運工,氧原子之間也不會在正極電極相互結合。

  

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