日本湯淺公司研發容量超8倍的新電池

2023-05-17 　來自: 王澤龍 182 1045 0914

　　

　　日本湯淺公司研發容量超8倍的新電池

　　2021年，日本湯淺蓄電池公司與關西大學合作開發出一款新型鋰硫電池。

　　據實驗人士透露，理論上，在與傳統鋰電池同尺寸的情況下，這款新型鋰硫電池的容量可達傳統鋰電池的8倍!并且湯淺公司還表示，在未來的2023年，其生產的鋰硫電池質量能量密度可以提升至500 Wh/ kg!

　　倘若鋰硫電池普遍應用，未來智能手機的使用時間將會提升8倍，電動汽車也會跑得更遠。

　　客觀層面來看，日本的確開發出了一個“跨時代發明”。

　　截止至2022年，中國汽車出口額已經超過德國，穩居世界第二，其中大比重都是新能源汽車。可以說，在從汽油車轉向電動汽車的“能源革命”中，中國一直位于研究前列。

　　那么，面對日本新型電池的誕生，我們做好準備了嗎?

　　我國又將用什么樣的方式來應對技術革命帶來的挑戰呢?

　　日本所研發的容量超8倍的新電池，又能否普及?

　　【鋰硫電池——未來的主旋律?】

　　要回答上面的問題，首先就要弄明白日本發明的高能量密度鋰硫電池，究竟先進在哪里。

　　提到鋰電池，現在的人應該并不陌生，鋰電池相關產品是我們生活的必需品。

　　與傳統硫酸電池相比，鋰電池最大的特點就是“輕”，憑其超低的電池質量，很多移動設備上都可以裝配鋰電池。目前，鋰電池已經在電動汽車、智能手機等產品中得到普及。

　　不過，鋰電池存在充電時間長、電池壽命短等問題。

　　拿我們最熟悉的電動汽車為例，電動汽車雖然在能源供應上代替了汽油，讓消費者節省了不小的開支，但其充電問題一直是司機們的痛點。

　　舉個例子，駕駛電動汽車跑高速的時候，一次充電就需要花2~3個小時，還是在充電樁沒有排隊的情況下。如今國內充電樁數量有限，每到節假日出行高峰期，就會出現“在充電樁處排隊充電”的情況，這樣一來就又耽誤不少時間。

　　因此，比起隔壁汽油車“加完油就能跑”的特點，電動汽車的實際應用還存在一些局限性。

　　而日本發明的高能量密度鋰硫電池，就可以解決這一棘手問題。

　　與傳統鋰電池相比，鋰硫電池是一種以硫作為正極活性物質的蓄電池。相同質量下，鋰硫電池可以釋放普通鋰電池8倍的電能。

　　這樣的提升是什么概念呢?

　　舉個例子。

　　目前市場的新能源電動汽車在充滿電后，可以行駛300~400公里。而如果將電池改為鋰硫電池，那么充電后，汽車則可以行駛2400~3200公里!基本能解決大部分長途開車的需要了。

　　同樣，如果將鋰硫電池應用到手機電池上，會提升多少呢?

　　目前智能手機一次充電的平均使用時間是8~12小時，而在更換鋰硫電池后，使用時間將變為64~96小時，相當于普通人3~4天的使用量。

　　而且，鋰硫電池的先進之處在于，不但電池容量大了，充電速度也會變得更快。

　　對此，關西大學研究出了高質量能量密度的解決方案。用簡單的話來說，只需要花費和鋰電池充電差不多的時間，就可以充滿同質量的鋰硫電池。

　　因此，一旦鋰硫電池得到普及，不僅平時日常生活用品會得到質的提升，而且電能源將會運用到更多移動設備上，例如公交車、纜車、重型工業載具、甚至是地鐵、輕軌列車等大型公共設施。這聽起來是不是很棒?

　　雖然日本在新能源汽車領域近幾年有些落后，但這項技術的出現，有可能會改變世界電池使用的發展，看起來前景一片大好。

　　有國外媒體曾這樣評價高能量密度鋰硫電池，稱它是“新能源產業未來的主旋律”。

　　那么，情況真的是這樣嗎?

　　事實上，高能量密度鋰硫電池要普及到日常生活中，還有很長的一段路要走。

　　主要問題在于電導效率低、中間產物易溶于電解液的問題。這就意味著鋰硫電池在經歷反復充電后，其電能轉化率，可能會大幅下降，其負極表面容易產生枝晶。

　　當然，日本湯淺公司也注意到了這一問題。

　　在他們的實驗產品中，電池中間加入了有微孔的碳粒，可有效解決中間產物溶于電解液的問題。但這里說的“有效”只是比之前好，到市場應用級別還有很大一塊距離。

　　更嚴重的是，大容量鋰電池會存在更高的安全隱患。

　　不管是鋰電池還是鋰硫電池，其易爆的屬性依然沒有得到解決。

　　目前，電動汽車自燃、手機爆炸等現象仍然頻繁出現在大眾視野中，一旦鋰硫電池的容量翻升數倍，其爆炸威力以及財產損失可能也會翻倍。如果消費者在使用更先進產品的同時，還要承擔更致命的風險，也許就不能算是技術進步了。

　　【中國是否要著急?】

　　分析完高能量密度鋰硫電池的劣勢后，我們來回答下一個問題：中國應當如何面對挑戰?

　　先說結論，我們應該著急，但也沒必要太著急。

　　自2015年以來，中國進入了動力電池產業重點支持階段，國家政策相關文件發布越來越密集，力度越來越強，方向也逐漸明確，所發布的內容涵蓋產業更加全面。這是一個好兆頭。

　　但是新能源產業的發展，遠遠沒有我們想象的那么簡單。

　　從動力電池的上游產業上分析，中國鋰電池在正極材料與負極材料方面都已經實現了完全自主研發，這也是為什么中國汽車產業能夠在2022年實現“彎道超車”的根本原因之一。

　　但是目前市面上，國產鋰電池主要以磷酸鐵鋰電池為主，鋰硫電池尚在開發階段。

　　之所以鋰硫電池沒有實現全面國產，主要問題在于蓄電池的一個組件——隔膜。

　　原電池的化學原理各國都很清楚，但能讓優質的正負極材料能夠充分發生原電池反應，隔膜起著至關重要的作用(隔膜關乎中間產物與電解液是否會融合)。

　　在隔膜技術領域，由于技術壁壘要高，國內仍然處于兩極分化的競爭格局，目前的蓄電池生產公司隔膜主要依賴日韓進口。即使國內蓄電池產率逐年上升，但短期內，隔膜仍需進口。

　　因此日本能夠研發出高能量密度的鋰硫電池，就在于隔膜生產存在優勢。

　　由此可知，在上游層面，中國新能源產品的發展關鍵就在于隔膜的研發。一旦隔膜技術存在突破，國產鋰硫電池不是不可能實現。

　　除了以上所述的技術方面原因，鋰電池廢料的逐年增多正在慢慢影響我國的環境。

　　據新華社報道顯示，截止到2020年，中國廢鋰離子電池產量已經突破了52.81萬噸。隨著新能源汽車在中國市場銷量增加，未來報廢鋰電池數量將會越來越多，甚至出現指數級增長。

　　在新能源應用的下游產業中，鋰離子電池廢料回收仍然是一個尚待解決的問題。如果一個產品在報廢后會污染環境，不能得到重新再利用，可能會導致“功在當代，罪在千秋”的后果。

　　當然，廢鋰離子電池回收問題，不僅僅是我們要面對的問題，也是世界共同需要面對的難題，在這一點上，國內與國外都是幾乎處于同一起跑線上的。

　　最后是消費者能力所存在的潛在風險。

　　目前新能源汽車領域仍然處于市場初級階段，用電成本包括“時間成本、沉沒成本”等額外開銷以外，電動汽車的開銷并不比燃油汽車便宜，這意味著電動汽車在短時間內仍然無法全面取代傳統燃油汽車。

　　目前業內平均成本是1.4~1.5元/Wh，中國在2020年剛剛實現1.5元/Wh的指標，如果電動汽車想要全面與燃油汽車競爭的話，其成本至少需要下降到0.6~0.7元/Wh，也就是還要再下降一半。同時，這也與中國的消費能力息息相關。

　　成本降低需要更先進的技術及更完善的生產規模，在這方面，大家還有很長的一段要走。

　　因此，綜合以上所述的問題，我國在新能源領域發展可能真的需要“著急”一些，著急的地方在于關鍵技術的研發以及更完善的市場建設。

　　“不那么著急”的原因，則在于目前世界行業水平良莠不齊，領先技術產業公司發展水平近乎相同，我國并沒有明顯的落后。

　　至于日本已經研發出了高能量密度鋰硫電池，我們可以認為這是一項突破性的研發技術，但從研發到普及市場，需要一個國家從科研到工業再到市場三方面水平的全面上升，并不是一個科研成果就能解決的問題。

　　因此，想要實現全面普及難度依舊很大。

　　那么，目前我國有著怎樣的解決方案呢?

　　【我國的解決方案】

　　按照網絡語言來解釋，中國的“科技樹”和日本的“科技樹”是兩條完全不同的分支。

　　任何國家的技術發展，都是基于本國已有的技術成果遞進研究的。中國的材料學發展和日本的材料學發展方向也是截然不同的。

　　就像文章開頭說的，面對電動汽車充電時間長得不方便影響，日本選擇的是研發容量更大的電池。而我國目前采取的解決方案與日本截然不同。

　　目前我國需要考慮的是充電樁建設的完善，以及“模塊化電池”供應問題。

　　所謂模塊化電池，是一種可拆卸的蓄電池，電動車用戶可以不用為電動車充電，當汽車沒電時，直接到指定地點更換電池就可以了。

　　這樣既能解決漫長的充電問題，又能解決大容量電池所帶來的潛在風險隱患。

　　另外，我國還在思考：鋰電池真的是人類電池使用的最終形態嗎?

　　自從鋰電池在世界普及后，世界鋰礦資源價格大漲，甚至出現供不應求的狀況。那么如何解決這種問題?解決問題的最好辦法，就是跳出問題本身。

　　如果未來鋰礦資源捉襟見肘，那么到那時候再轉變研究方向，恐怕就為時過晚了。

　　因此我國頭部動力電池企業不僅在鋰電池方面做研究，還在研究新的能源解決方案以及用其他材料制造的蓄電池。這些科技可以直接跳出鋰電池內卷的問題本身，科技一旦實現，便能出現突破性的市場結果。

　　【結尾】

　　一項技術從實驗室到我們的日常生活，需要一段復雜的經歷。

　　也許日本在短時間內會在鋰電池方面存在新的突破，但從長遠方面來看，一個國家的優勢是綜合的，這里包括科研技術優勢、市場優勢以及工業優勢、人文優勢等等。

　　所以在解決問題時，我們不單單要思考如何在短期內追上其他國家的節奏，還要思考如何跳出原有的思維去爭取更廣闊的藍海。

　　因此，我國的技術需要不斷升級，但也不需要因為別國有所突破便立刻跟風。保持一個淡定的心態，順應自然，慢慢發展，有時會有更好的結果。