日本汤浅公司研发容量超8倍的新电池

2023-05-17  来自: 王泽龙 182 1045 0914

  

  日本汤浅公司研发容量超8倍的新电池

  2021年,日本汤浅蓄电池公司与关西大学合作开发出一款新型锂硫电池。

  据实验人士透露,理论上,在与传统锂电池同尺寸的情况下,这款新型锂硫电池的容量可达传统锂电池的8倍!并且汤浅公司还表示,在未来的2023年,其生产的锂硫电池质量能量密度可以提升至500 Wh/ kg!

  倘若锂硫电池普遍应用,未来智能手机的使用时间将会提升8倍,电动汽车也会跑得更远。

  客观层面来看,日本的确开发出了一个“跨时代发明”。

  截止至2022年,中国汽车出口额已经超过德国,稳居世界第二,其中大比重都是新能源汽车。可以说,在从汽油车转向电动汽车的“能源革命”中,中国一直位于研究前列。

  那么,面对日本新型电池的诞生,我们做好准备了吗?

  我国又将用什么样的方式来应对技术革命带来的挑战呢?

  日本所研发的容量超8倍的新电池,又能否普及?

  【锂硫电池——未来的主旋律?】

  要回答上面的问题,首先就要弄明白日本发明的高能量密度锂硫电池,究竟先进在哪里。

  提到锂电池,现在的人应该并不陌生,锂电池相关产品是我们生活的必需品。

  与传统硫酸电池相比,锂电池最大的特点就是“轻”,凭其超低的电池质量,很多移动设备上都可以装配锂电池。目前,锂电池已经在电动汽车、智能手机等产品中得到普及。

  不过,锂电池存在充电时间长、电池寿命短等问题。

  拿我们最熟悉的电动汽车为例,电动汽车虽然在能源供应上代替了汽油,让消费者节省了不小的开支,但其充电问题一直是司机们的痛点。

  举个例子,驾驶电动汽车跑高速的时候,一次充电就需要花2~3个小时,还是在充电桩没有排队的情况下。如今国内充电桩数量有限,每到节假日出行高峰期,就会出现“在充电桩处排队充电”的情况,这样一来就又耽误不少时间。

  因此,比起隔壁汽油车“加完油就能跑”的特点,电动汽车的实际应用还存在一些局限性。

  而日本发明的高能量密度锂硫电池,就可以解决这一棘手问题。

  与传统锂电池相比,锂硫电池是一种以硫作为正极活性物质的蓄电池。相同质量下,锂硫电池可以释放普通锂电池8倍的电能。

  这样的提升是什么概念呢?

  举个例子。

  目前市场的新能源电动汽车在充满电后,可以行驶300~400公里。而如果将电池改为锂硫电池,那么充电后,汽车则可以行驶2400~3200公里!基本能解决大部分长途开车的需要了。

  同样,如果将锂硫电池应用到手机电池上,会提升多少呢?

  目前智能手机一次充电的平均使用时间是8~12小时,而在更换锂硫电池后,使用时间将变为64~96小时,相当于普通人3~4天的使用量。

  而且,锂硫电池的先进之处在于,不但电池容量大了,充电速度也会变得更快。

  对此,关西大学研究出了高质量能量密度的解决方案。用简单的话来说,只需要花费和锂电池充电差不多的时间,就可以充满同质量的锂硫电池。

  因此,一旦锂硫电池得到普及,不仅平时日常生活用品会得到质的提升,而且电能源将会运用到更多移动设备上,例如公交车、缆车、重型工业载具、甚至是地铁、轻轨列车等大型公共设施。这听起来是不是很棒?

  虽然日本在新能源汽车领域近几年有些落后,但这项技术的出现,有可能会改变世界电池使用的发展,看起来前景一片大好。

  有国外媒体曾这样评价高能量密度锂硫电池,称它是“新能源产业未来的主旋律”。

  那么,情况真的是这样吗?

  事实上,高能量密度锂硫电池要普及到日常生活中,还有很长的一段路要走。

  主要问题在于电导效率低、中间产物易溶于电解液的问题。这就意味着锂硫电池在经历反复充电后,其电能转化率,可能会大幅下降,其负极表面容易产生枝晶。

  当然,日本汤浅公司也注意到了这一问题。

  在他们的实验产品中,电池中间加入了有微孔的碳粒,可有效解决中间产物溶于电解液的问题。但这里说的“有效”只是比之前好,到市场应用级别还有很大一块距离。

  更严重的是,大容量锂电池会存在更高的安全隐患。

  不管是锂电池还是锂硫电池,其易爆的属性依然没有得到解决。

  目前,电动汽车自燃、手机爆炸等现象仍然频繁出现在大众视野中,一旦锂硫电池的容量翻升数倍,其爆炸威力以及财产损失可能也会翻倍。如果消费者在使用更先进产品的同时,还要承担更致命的风险,也许就不能算是技术进步了。

  【中国是否要着急?】

  分析完高能量密度锂硫电池的劣势后,我们来回答下一个问题:中国应当如何面对挑战?

  先说结论,我们应该着急,但也没必要太着急。

  自2015年以来,中国进入了动力电池产业重点支持阶段,国家政策相关文件发布越来越密集,力度越来越强,方向也逐渐明确,所发布的内容涵盖产业更加全面。这是一个好兆头。

  但是新能源产业的发展,远远没有我们想象的那么简单。

  从动力电池的上游产业上分析,中国锂电池在正极材料与负极材料方面都已经实现了完全自主研发,这也是为什么中国汽车产业能够在2022年实现“弯道超车”的根本原因之一。

  但是目前市面上,国产锂电池主要以磷酸铁锂电池为主,锂硫电池尚在开发阶段。

  之所以锂硫电池没有实现全面国产,主要问题在于蓄电池的一个组件——隔膜。

  原电池的化学原理各国都很清楚,但能让优质的正负极材料能够充分发生原电池反应,隔膜起着至关重要的作用(隔膜关乎中间产物与电解液是否会融合)。

  在隔膜技术领域,由于技术壁垒要高,国内仍然处于两极分化的竞争格局,目前的蓄电池生产公司隔膜主要依赖日韩进口。即使国内蓄电池产率逐年上升,但短期内,隔膜仍需进口。

  因此日本能够研发出高能量密度的锂硫电池,就在于隔膜生产存在优势。

  由此可知,在上游层面,中国新能源产品的发展关键就在于隔膜的研发。一旦隔膜技术存在突破,国产锂硫电池不是不可能实现。

  除了以上所述的技术方面原因,锂电池废料的逐年增多正在慢慢影响我国的环境。

  据新华社报道显示,截止到2020年,中国废锂离子电池产量已经突破了52.81万吨。随着新能源汽车在中国市场销量增加,未来报废锂电池数量将会越来越多,甚至出现指数级增长。

  在新能源应用的下游产业中,锂离子电池废料回收仍然是一个尚待解决的问题。如果一个产品在报废后会污染环境,不能得到重新再利用,可能会导致“功在当代,罪在千秋”的后果。

  当然,废锂离子电池回收问题,不仅仅是我们要面对的问题,也是世界共同需要面对的难题,在这一点上,国内与国外都是几乎处于同一起跑线上的。

  最后是消费者能力所存在的潜在风险。

  目前新能源汽车领域仍然处于市场初级阶段,用电成本包括“时间成本、沉没成本”等额外开销以外,电动汽车的开销并不比燃油汽车便宜,这意味着电动汽车在短时间内仍然无法全面取代传统燃油汽车。

  目前业内平均成本是1.4~1.5元/Wh,中国在2020年刚刚实现1.5元/Wh的指标,如果电动汽车想要全面与燃油汽车竞争的话,其成本至少需要下降到0.6~0.7元/Wh,也就是还要再下降一半。同时,这也与中国的消费能力息息相关。

  成本降低需要更先进的技术及更完善的生产规模,在这方面,大家还有很长的一段要走。

  因此,综合以上所述的问题,我国在新能源领域发展可能真的需要“着急”一些,着急的地方在于关键技术的研发以及更完善的市场建设。

  “不那么着急”的原因,则在于目前世界行业水平良莠不齐,领先技术产业公司发展水平近乎相同,我国并没有明显的落后。

  至于日本已经研发出了高能量密度锂硫电池,我们可以认为这是一项突破性的研发技术,但从研发到普及市场,需要一个国家从科研到工业再到市场三方面水平的全面上升,并不是一个科研成果就能解决的问题。

  因此,想要实现全面普及难度依旧很大。

  那么,目前我国有着怎样的解决方案呢?

  【我国的解决方案】

  按照网络语言来解释,中国的“科技树”和日本的“科技树”是两条完全不同的分支。

  任何国家的技术发展,都是基于本国已有的技术成果递进研究的。中国的材料学发展和日本的材料学发展方向也是截然不同的。

  就像文章开头说的,面对电动汽车充电时间长得不方便影响,日本选择的是研发容量更大的电池。而我国目前采取的解决方案与日本截然不同。

  目前我国需要考虑的是充电桩建设的完善,以及“模块化电池”供应问题。

  所谓模块化电池,是一种可拆卸的蓄电池,电动车用户可以不用为电动车充电,当汽车没电时,直接到指定地点更换电池就可以了。

  这样既能解决漫长的充电问题,又能解决大容量电池所带来的潜在风险隐患。

  另外,我国还在思考:锂电池真的是人类电池使用的最终形态吗?

  自从锂电池在世界普及后,世界锂矿资源价格大涨,甚至出现供不应求的状况。那么如何解决这种问题?解决问题的最好办法,就是跳出问题本身。

  如果未来锂矿资源捉襟见肘,那么到那时候再转变研究方向,恐怕就为时过晚了。

  因此我国头部动力电池企业不仅在锂电池方面做研究,还在研究新的能源解决方案以及用其他材料制造的蓄电池。这些科技可以直接跳出锂电池内卷的问题本身,科技一旦实现,便能出现突破性的市场结果。

  【结尾】

  一项技术从实验室到我们的日常生活,需要一段复杂的经历。

  也许日本在短时间内会在锂电池方面存在新的突破,但从长远方面来看,一个国家的优势是综合的,这里包括科研技术优势、市场优势以及工业优势、人文优势等等。

  所以在解决问题时,我们不单单要思考如何在短期内追上其他国家的节奏,还要思考如何跳出原有的思维去争取更广阔的蓝海。

  因此,我国的技术需要不断升级,但也不需要因为别国有所突破便立刻跟风。保持一个淡定的心态,顺应自然,慢慢发展,有时会有更好的结果。

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