日本開發(fā)無能量損失的大容量電池

克服蓄電池的缺點，減少能量損失——日本東京大學(xué)的山田淳夫教授等人的研發(fā)團(tuán)隊正在開發(fā)能防止蓄電池以熱能形式損失能量的電極材料。關(guān)鍵在于氧原子的作用。如能通過控制氧原子的作用來抑制發(fā)熱，則將減少能量損失。要是能推向?qū)嵱没�，�?030年前后，能量損失少的大容量蓄電池或?qū)⒆兊美硭��?dāng)然。

要實現(xiàn)日本政府倡導(dǎo)的2050年二氧化碳凈零排放，需要開發(fā)出高性能的蓄電池。原因是有必要儲存以風(fēng)力和光伏等產(chǎn)生的可再生能源。無論是日本國內(nèi)還是國外，大學(xué)、大企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)均在提高性能的蓄電池開發(fā)領(lǐng)域展開激烈競爭。

要增加蓄電池能夠儲存的能量，需要增加電池中在正極和負(fù)極之間移動的金屬離子的數(shù)量。蓄電池也是通過離子從正極向負(fù)極移動來儲存電能。如果增加金屬離子的數(shù)量，即可使蓄電池獲得高容量，但正極能保持的離子的數(shù)量存在極限，這成為蓄電池開發(fā)的障礙。

山田教授等人將關(guān)注點投向了正極材料中的氧原子。他們認(rèn)為如果讓氧原子擁有的電子也成為能量的搬運工，即可飛躍式增加能儲存的能量。

這一思路以往就有，但存在利用氧原子的電子的材料容易發(fā)熱這一缺點。失去電子的氧原子由于結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，將與附近的氧原子結(jié)合。這時就會產(chǎn)生熱量并失去儲存的能量。這一點成為實用化的障礙。

山田教授等人注意到了由鈉、錳和氧混合而成的名為“Na2Mn3O7”的材料。他們發(fā)現(xiàn)如果將這種材料用于蓄電池的正極材料，即使讓氧原子的電子成為能量的搬運工，氧原子之間也不會在正極電極相互結(jié)合。

具體來說，在充電后，鈉和氧移動到負(fù)極一側(cè)，在放電之后，兩者回到正極一側(cè)。在實驗中，在以4.23伏特充電后，可以4.19伏特放電。而在4.55伏特充電后，以4.52伏特放電。充電和放電的電壓差分別僅為0.04伏特和0.03伏特，表明幾乎沒有電力的損耗。

詳細(xì)研究新材料的電子的狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，氧原子在釋放電子后，成為一種被稱為“Ligand-hole”的狀態(tài)并穩(wěn)定存在。山田教授等認(rèn)為，釋放電子后的氧原子和錳原子強烈相互吸引，因此即使釋放電子，氧原子仍能保持穩(wěn)定。

因為不發(fā)生氧原子的結(jié)合，所以也不會以熱能形式丟失能量。同時，由于輸出的能量增加，因而成為高效率的電極材料。山田教授等人力爭開發(fā)更效率地防止氧原子之間結(jié)合的電極材料。到2030年前后，能量損失幾乎為零的蓄電池有可能實現(xiàn)。

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