從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院唐永炳研究員及其研究團隊的最新成果新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池技術(shù)，近日在國際能源材料頂級期刊《先進能源材料》上發(fā)表后，上周又受到德國科學(xué)網(wǎng)“Wissenschaft aktuell”邀請報道，廣受業(yè)界好評。該技術(shù)若實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將對現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。
低成本、高效的全新電池技術(shù)
“該發(fā)現(xiàn)讓人驚奇，是從未報道過的新電池技術(shù)”，編輯在通知研究成果被期刊錄用時，將匿名審稿人的評價這樣傳遞給唐永炳。
目前便攜式電子設(shè)備、電動汽車、可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的主要能源轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備都是鋰離子電池，但是商用鋰離子電池的能量密度低、制造成本較高，且傳統(tǒng)鋰離子電池的電極材料含有毒金屬，電池廢棄會造成嚴重的環(huán)境問題。特別是當(dāng)前新能源汽車用的動力電池行業(yè)需求火爆，但目前動力電池技術(shù)仍是攔在新能源汽車發(fā)展前的一條溝壑。不論鋰離子電池組驅(qū)動的電動汽車，還是燃料電池驅(qū)動的電動汽車，都存在成本和續(xù)航里程的挑戰(zhàn)。
而唐永炳團隊發(fā)現(xiàn)的新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池，是一種全新的高效、低成本儲能電池。
這種新型電池把傳統(tǒng)鋰離子電池的正負極進行了調(diào)整，用廉價且易得的石墨替代目前已批量應(yīng)用于鋰離子電池的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元或磷酸鐵鋰作為電池的正極材料;采用鋁箔同時作為電池負極材料和負極集流體;電解液由常規(guī)鋰鹽和碳酸酯類有機溶劑組成。該電池工作原理有別于傳統(tǒng)鋰離子電池：充電過程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應(yīng)，而鋁負極發(fā)生鋁-鋰合金化反應(yīng)，放電過程則相反。這種新型反應(yīng)機理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時大幅降低電池的質(zhì)量、體積、及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度(~220 Wh/kg)。
這種技術(shù)如實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，未來的手機可能會比現(xiàn)在再輕薄一半，同時我們的智能手機再也不需要一天一充電了，更是解決了電動汽車電池成本高昂以及續(xù)航里程短的關(guān)鍵問題。不過，目前該電池技術(shù)還有待優(yōu)化，比如需要進一步提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性等。
將改變現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局
近年來，新能源汽車在政策的支持下風(fēng)靡全球，行業(yè)上游也在諸多利好下迎來爆發(fā)。全球產(chǎn)量居前的龍頭電池廠紛紛在華設(shè)廠。雖然新能源汽車市場的持續(xù)繁榮帶動了電池產(chǎn)業(yè)，但不論是純電動的動力電池，還是以氫為燃料的燃料電池，目前在技術(shù)上仍存在成本和續(xù)航里程挑戰(zhàn)。目前全球?qū)︿囯姷男枨笠悦磕?.7%的速度增長，其市場到2019年將達到1200億美元(據(jù)美國弗里多尼亞集團市場調(diào)查)。
根據(jù)機動車整車出廠合格證統(tǒng)計，2015年12月，我國新能源汽車生產(chǎn)9.98萬輛，同比增長3倍。工信部部長苗圩在今年兩會上提出，新能源車從2009年的培育期，到現(xiàn)在開始進入成長期。2015年產(chǎn)銷30多萬輛，比上年呈現(xiàn)高速增長的趨勢。
苗圩認為目前新能源汽車發(fā)展遇到兩個瓶頸。一是產(chǎn)品端，要集中攻克以動力電池為代表的產(chǎn)品性能、可靠性、續(xù)航里程、壽命等難題;二是以應(yīng)用端為代表的充電設(shè)施建設(shè)，需要完善。苗圩表示，工信部對兩個方面都已經(jīng)做了一些安排，地方政府也有積極作為，可以保證新能源汽車有進一步發(fā)展。
目前，政府對于新能源汽車的支持主要集中在市場銷售的后端，在研發(fā)設(shè)計的前端投入比較少，這種“不平衡”會造成非常大的滯后效應(yīng)，這也是當(dāng)前電池技術(shù)發(fā)展跟不上市場銷量增長的主要內(nèi)因。該新型電池技術(shù)如實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有望改變現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局。
初步估算，500 Kg重量的鋁-石墨電池的續(xù)航里程可達到約550公里。與傳統(tǒng)的鋰電技術(shù)相比，這種電池具有明顯的優(yōu)勢，不僅生產(chǎn)成本降低約40%-50%，同時能量密度提高至少1.3-2.0倍。