日本开发出可用于电动汽车的双碳电池

付甜甜

近日，日本的一家名为Power Japan Plus的公司推出了一款具有突破性的化学电池——双碳(dual carbon)电池，即阴极和阳极都是碳材料的电池。与其他电池相比，此款电池在同等能量密度的条件下，使用寿命更长、安全性更高、充电速率更快。

电池原理图

双碳性电池(dual-carbon)也被称之为双石墨电池(dual-graphite)。1989年首次在McCullough和其同事的一篇专利文章中提到，之后分别于1994年由Carlin等人以及于2000年由Seel和Dahn等人进行了深入研究。该双碳性电池的基本工作原理：电解质中的锂离子不断析出在阳极和阴极上，而相应电解质中的阴离子也不断被吸附到阴极和阳极上。在该双碳性电池放电过程中，阴离子和锂离子同时溶解到电解质中。

2013年，Rothermel等人对该双碳性电池技术挑战和机遇进行了文章回顾，文中提到双碳性电池中的电解质不仅可以作为电荷载体而且还可以充当活性物质。

Power Japan Plus公司此次推出的双碳性电池技术是在日本九州大学 (Kyushu University)Tatsum i Ishihara教授的研究成果上进行的。Power Japan Plus公司表示其将与Tatsum i Ishihara教授以及九州大学继续进行双碳性电池技术的合作研发。

2013年，Tatsum i Ishihara教授与其同事针对该双碳性电池技术合作申请了一项专利，专利中通过利用LiPF6电解质盐详细介绍了双碳性电池的充电放电过程。

该双碳性电池放电容量与正极阴离子存储容量、正极可释放的阴离子容量、负极阳离子存储容量、负极可释放的阳离子容量以及电解质中阴离子和阳离子容量有关。

为提高该双碳性电池的放电容量，不仅需要提高阳性活性电极材料的容量和阳性活性电极材料的容量，而且还需要提高如锂盐一类的非水溶性电解质的容量。由于在双碳性电池充放电的循环过程中，其电解质离子浓度始终在变化，因此，双碳性电池的电解质必须保证具有足够的电解质盐，从而保证电解质的导电性能。同时，双碳性电池的电解质还必须保证具有足够的电解质溶剂以确保电解质盐能够在电池充放电过程中始终充分溶解。

在Tatsum i Ishihara教授与其同事的双碳性电池技术专利中，Tatsum i Ishihara教授指出双碳性电池在充放电过程中，其内部可能会发生锂盐沉淀析出现象。由于锂盐沉淀析出后属于绝缘体，如果锂盐沉淀析出至电极上，那么将导致发生电池能量密度降低等问题。

Tatsum i Ishihara教授与其科研团队针对锂盐在电极上沉淀析出问题已经找到了解决的方法，通过该解决方法不仅可以提高双碳性电池的放电容量，而且还可以提升电池重量能量密度。

Power Japan Plus公司表示，其双碳性电池的单体电池虽然和锂离子材料的电池能量密度相当，但其充放电次数比后者多20次，其充放电次数达到了3000次，能够在耗电100%的情况下不造成短路和电池损毁。另外，该款电池不会发热，因此不需要电动汽车中现有的外置冷却系统。热稳定性也是该款电池的一大特征，因为它消除了热失控危险，而严重的热失控很可能造成爆炸。该电池强大的优越性能，是其它4伏特以上电池所无法比拟的。而且，其生产工艺非常简单，可以直接由现在的生产设备进行生产，无需对目前的生产线进行更改。

Power Japan Plus公司还表示，由于双碳性电池充电速率得到了大幅提升，所以该双碳性电池将很有可能应用到长途型电动汽车上，另外其再生制动效率也将更加高效。因为该双碳性电池可以进行100%放电，所以这进一步延长了电池可用充放电循环的寿命。公司称，他们的技术能够让一辆尼桑凌风(nissan leaf，一款新式 5座电动轿车）在12分钟内完成充电，而不是以前的4小时。这款车的电池是24千瓦的电容量，稍微估算一下就知道，新技术能让特斯拉S型电动车的85千瓦电池在42分钟内完成充电。

Power Japan Plus公司表示将于今年下半年开始参照目前18650瑞登（Ryden）电池的生产模式进行双碳性电池的生产，其生产基地将在其冲绳（Okinawa）工厂进行。至此，Power Japan Plus公司双碳性电池应用范围还将延伸至医疗设备和卫星研发的储能领域。另外，为了进一步满足汽车行业内储能应用，Power Japan Plus公司表示将开设特许经营模式，其可以为现有的电池制造厂商提供关于生产制造瑞登（Ryden）双碳性电池方面的技术支持和专业知识。

该款电池还能回收利用，具有高度的可持续性。电池不包含稀有金属，稀土金属或重金属，并且是100%可回收，大大提高了先进的电池从摇篮到摇篮的可持续性。Power Japan Plus公司计划采用有机碳复合物来生产该电池，用有机棉生产内部构造，完美地掌控了电极的碳晶体型号。公司计划在今年开始生产18650双碳性电池，供医疗设备、卫星等特殊领域使用，他们还计划授权其他公司在电动汽车领域使用该技术。

链接：

美国陆军研究实验室于近日在英国皇家化学学会(RSC)能源与环境科学(Energy&Environmental Science)期刊上发表了一篇关于双碳性电池的技术文章。文章介绍研究人员采用了一种可逆的双碳性电池夹层化学结构，该化学结构能够利用自身结构特点同时吸附锂离子和PF6。另外，该双碳性电池还采用了含氟溶剂的高压电解质，其工作电压可以达到5.2伏。该双碳性电池不仅能够保证足够的能量容量，而且还具有成本低、安全性高、更加环保等特点。因此，该美国陆军研究实验室研究小组一致认为其双碳性电池是解决高效储能问题的有效解决方案。