丰田发力研发下一代电动汽车电池 开发镁电池
时间: 2013-01-21

锂离子电池轻便而且储能能力强,这使得汽车制造商们能够制造出具有完美加速性能,较长驾驶里程和寿命的纯电动或混合动力汽车。但是锂电池造价昂贵,比如,尼桑聆风的电池部分造价12000美元。而且电动汽车的性能还为此受到限制,聆风汽车在理想状态下每138英里就需要充电一次,这使得很多车主对电动汽车并不买账。

 

丰田研究人员正在有条不紊地开发镁离子电池,用于取代锂离子电池。镁离子电池在未来将会提供一种更加廉价并具有更高储能密度的解决方案。

 

本月早些时候,位于密歇根州丰田北美研究所(TRINA)的研究人员在杂志发表了一篇文章,文中描述了作者在同样电解质的环境里,分别对锡制阳极的镁离子电池和锂离子电池进行了试验。文章的第一作者尼基尔·辛格(NIkhilendra Singh)表示:试验结果表现出镁离子电池大有发展前途,并且为将来的研究指明了方向。辛格还表示:“镁离子电池的发展潜力是显而易见的,我们需要做更多的改进,但总体来说,结果令人激动。”

 

镁元素分布广泛,因此镁离子的电池的价格会很低廉。由于镁离子具有两个正电荷,而锂离子只有一个,因此镁离子电池比锂离子电池具有更大的储能能力。单位质量的镁离子电池可以存储更多能量,这就使汽车可以行使更长的里程,使消费电子产品可以使用更长的时间。但镁离子电池的工作效率还不尽如人意。

 

西北太平洋国家实验室的高级科学家邵玉燕(Yuyan Shao)说,目前的研究有两个主要方向:

 

第一个研究重点是镁的金属阳极,镁离子电池的制造就是基于此的。这种阳极具有更高的转换效率,但与传统的电解质不相容。当通电时,镁阳极上会形成一层阻挡膜,使得电池断电。因此研究人员正在开发能和金属镁匹配的新电解质,辛格说道。

 

另一个解决方案是使用其他材质的阳极,这种阳极能与传统电解质匹配。不过这种方法还没有成功的先例,邵玉燕表示,丰田公司认为这值得一试,特别是将目标锁定在开发一种高容量,高电压的阴极上。

 

学术界和工业界为了提高电池性能和降低成本做了大量工作,其中包括提升锂离子技术或研究新的化学物质,如锂气体、钠气体和锂硫磺等。丰田北美研究所主要致力于镁的研究,同时,其他地方的丰田科学家们正在开发新的电池种类,包括锂气体电池和钠离子电池,用于汽车或各种消费电子产品中,这些都有可能替代锂离子电池。

 

Pellion科技公司,源自麻省理工大学,也在积极推进镁离子电池。他们使用计算机扫描技术,对镁离子电池中反应活跃的物质进行快速测试。但Pellion公司的两位创始人拒绝对此丰田公司的研究成果进行评论。

 

劳伦斯伯克利研究室,提高电池传输效率项目的研究员文卡特 斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)表示,在19701980年期间,锂离子电池的研究者们试图制造金属锂阳极的电池,因为相对镁,锂阳极具有更高的电压,进而具有更好的储能密度。最终,因为使用了不同的阳极材料,为今天的锂离子电池工业铺平了道路。

 

斯里尼瓦桑还表示,对于镁电池,现在说哪种路线:镁阳极还是锡插入型阳极更有前途还为时过早。

 

事实上,丰田北美研究所的研究员们将持续进行这两个方向的研究。

 

丰田北美研究所总经理葛谷高子(Takashi Kuzuya)说:“目前决定走那条路还为时过早,因此我们在进行多方面的调查研究”。他希望镁离子电池能先应用于消费电子设备,然后是汽车,就像锂离子电池的推广路线一样。

 

斯里尼瓦桑表示:“丰田理论的影响主要还是针对研究团体的。镁电池的商业应用至少还要10年时间。当你对阳极、阴极和电解质有了技术突破以后,你依然需要大概5年的时间来走向商业化阶段,更别说我们目前对镁电池还没有这样全面的技术突破,这还需要很长的一段时间。”

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