電動車續航數千里不是夢？氟離子電池了解一下

原創

作為新能源汽車的「心臟」，當下市場上的動力電池還未能緩解車主們的續航和充電焦慮，人類新能源轉型的路還很漫長。

為了提升動力電池能量和性能，不少公司不斷推陳出新，如刀片電池、高鎳三元電池等逐漸出現在人們視野中，但沒有一家廠商敢打包票能讓電動車續航超過1000公里。

科技總是要走在現實面前，為開發出能量極高的動力電池，研發者們從未停歇腳步。

近日，《科創板日報》援引日經新聞網報道，日本正積極研發氟離子電池，豐田等汽車廠商已啓動研發。據了解，該電池的能量密度可達到鋰電池的6-7倍，且不使用稀有金屬，易於避免資源採購風險。

不過，氟離子電池尚未找到電極材料和電解質的最佳組合，充放電的可重復次數和電動勢等性能也落後於鋰電池。

氟離子電池，未來的終極電池？

在技術的進步下，國内動力電池技術路線呈現百花齊放的格局，不少更具性價比和前瞻性的技術不斷出現，如鈉離子電池、半固態電池，以及更具颠覆性的固態電池等。

除了目前市場的主流為鋰離子電池(又分磷酸鐵鋰、三元鋰、钴酸鋰、鎳酸鋰、鈦酸鋰、錳酸鋰)外，還有氫燃料電池等，而不少企業也在積極研發能量更高的全固態鋰電池。

鋰離子電池或許只是人類能量利用史上的「過客」，其能量密度目前幾乎已達上限，提升困難，且鋰離子電池還面臨鋰元素原料供應緊缺、電池易燃等諸多方面的挑戰。

每種電池都有各有優缺點，且每種電池都存在新技術的瓶頸。哪條動力電池技術路線符合社會要求和市場需求，且能減少對稀有原材料的依賴，它便是最合適的。

若能解決電極材料和電解質的最佳組合以及其他性能的問題，氟離子電池將有望碾壓當前市面上的所有動力電池。

氟離子電池，即利用負一價氟離子作為穿梭於正負極之間的載流子的二次電池器件，是一種同鋰離子電池具有相似工作原理的「搖椅電池」。

以下是氟離子電池的優勢：

能量：由於氟的原子質量低，基於該元素的可充電電池的能量密度非常高。根據文獻報道，氟離子電池的理論能量密度可以高達5000WhL−1，大約是目前鋰離子電池能量密度的8倍；

材料：制造它的氟原料在地殼中儲量豐富(氟元素的地殼豐度是鋰元素的50倍左右)，因此並不稀奇，對環境的影響非常小；

安全性：氟是電負性最強的元素，導致氟離子很難形成相應的單質，因此安全性超過目前使用有機液體電解質的商業化鋰離子電池。

當然，氟離子電池面臨的技術難題亦不少。

氟離子電池固態電解質離子電導率大多偏低，所以只能在高溫下(150攝氏度以上的高溫)工作。因此，既要在室溫下進行穩定的長循環，又要使用安全的固態電解質，就如「魚和熊掌」一樣難以兼得，這也嚴重地降低了氟離子電池實際應用的可能性。

各動力廠商均在尋找「黑科技」

實際上，氟離子電池的構型早在20世紀70年代就被提出了，但一直沒開發出實際的樣品器件。

2011年，由德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的科學家率先開發出利用氟化鋇镧(La0.9Ba0.1F2.9)作為電解質的全固態氟離子電池，但一直都沒有得到實質性進展。

此後，豐田、本田、美國NASA、日本京都大學和中國科學技術大學等企業和機構都在積極展開相關研究。其中，中國科學技術大學去年首次實現室溫下全固態氟離子電池的長循環，在25°C持續充放電4581小時。

湘潭大學研究生院院長、英國皇家化學會會士王先友去年表示，「氟離子電池就是一個真正意義上的颠覆性技術，關於氟離子電池的性能提升，我們初步的工作顯示氟離子電池是很有前景的新一代電池體系。」他還稱：如果我們有更多的專家參與研究，有更多的企業共同合作，我們的氟離子電池一定會像鋰電池一樣有個大的發展前景。

國内不少動力電池廠商亦在積極尋找電池「黑科技」，不過鑒於研發氟離子電池技術難度大、周期長，目前沒有一家動力電池廠商披露相關研發消息。

去年12月，在回復投資者關於公司的電池側重哪類技術工藝開發時，寧德時代(300750.SZ)表示：對於無钴電池、全固態電池、無稀有金屬電池等下一代電池和行業内的新興技術，公司始終保持高度關注並開展技術佈局。

寧德時代董事長曾毓群今年6月就公開表示過，除全固態電池、半固態電池，包括大家沒有聽過的凝聚態電池，寧德時代都在搞。而近日，寧德時代表示，目前正全面推進鈉離子、M3P、凝聚態、無钴電池、全固態、無稀有金屬電池等電池技術佈局。其中，寧德時代的鈉離子電池有望在2023年實現產業化，這意味著寧德時代對多款新型動力電池的研發計劃已經提上日程。

欣旺達(300207.SZ)去年年底也表示，公司先進研發技術團隊及院士工作站在固態電池不同技術路線領域都有佈局。

此外，國内的中科海鈉、華陽股份和多氟多(002407.SZ)都已具備了鈉電池量產能力。鈉電池在成本、低溫性能、安全性方面優於鋰電池，未來有望能與鋰電池同台競技。