笔者参加了2010年11月9~11日举办的“第51届电池研讨会”。此次会议共有2400多名电池技术人员参加,是迄今为止规模最大的电池研讨会。从演讲的内容来看,与上一届相比虽然燃料电池的发表数量有所减少,但以新一代锂离子充电电池的正极材料为首,全固态电池和锂空气电池等新一代锂离子充电电池的发表数量却出现了增加。
目前面向电动汽车等车辆用途和定置式蓄电系统的大型电池的开发在全球正开展得如火如荼,在此次会议上,以性能超越现有锂离子充电电池的新一代锂离子充电电池的材料为首、具有全新反应机构的创新型电池等众多研究成果也纷纷亮相。
其中最引人关注的是目前作为新一代锂离子充电电池而开发活动日趋活跃的锂空气电池。这种电池作为正极利用大气中的氧,能量密度按理论值计算能够提高到现有锂离子充电电池15倍以上的顶级电池受到了极大的关注。
不过,由于锂空气电池正极的构造与燃料电池一样,需要具备利用催化剂与氧发生反应的构造。而且,要想作为充电电池使用,必须还原已经在空气极发生反应的Li2O2等,在实用化方面还残留有许多亟待解决的课题。
在此次的电池研讨会上,丰田汽车宣布通过把离子液体PP13TFSA(N-methyl-N-propylpiperidinium bistrifluoromethanesulfonylimide)用做电解液的溶媒,发生了理论上的充放电反应,确认了正极端的析出物为Li2O2。
丰田在2009年举办的“第50届电池研讨会”上,曾公布了把现有锂离子充电电池使用的PC(聚碳酸酯)用做电解液溶媒的试验结果。据丰田介绍,在使用聚碳酸酯的情况下,锂空气电池的正极端不会析出Li2O2,而是析出来自于电解液溶媒的碳酸盐(carbonate)类化合物,也不会发生理论上的充放电反应。
虽然丰田的演讲中介绍说通过改变电解液的溶媒可产生想要的充放电反应,但该领域中还存在不少课题。比如说,放电初期会在锂空气电池的正极端生成较大的Li2O2析出物,当再次进行充电时,生成物并不会被还原,而是依然留在正极处。因此,如果今后能够减少放电时生成的较大析出物、在正极表面均一生成析出物,就有可能大幅提高锂空气电池的性能。让我们期待今后的研究能够攻克这一难关。(