新型雙碳性電池 充電速率為鋰電池20倍

日前，日本Power Japan Plus公司開發(fā)出陽極和陰極都是碳材料的雙碳性電池（Dual-carbon）技術(shù)，稱該項技術(shù)生產(chǎn)的電池與鋰離子電池相比，在同等能量密度條件下，安全性更高，壽命更長，充電速率更快。該雙碳性電池被稱為瑞登雙碳性電池（Ryden dual carbon battery）。

Power Japan Plus公司雙碳性電池電池容量與充放電次數(shù)的關(guān)系圖

雙碳性電池（Dual-carbon）也被稱之為雙石墨電池（dual-graphite）。其在1989年的McCullough和其同事的一篇專利文章中首次提到，之后分別于1994年由Carlin等人以及于2000年由Seel和Dahn等人進行了深入的研究。該雙碳性電池的基本工作原理就是電解質(zhì)中的鋰離子不斷析出在陽極和陰極上，而相應(yīng)電解質(zhì)中的陰離子也不斷被吸附到陰極和陽極上。在該雙碳性電池放電過程中，陰離子和鋰離子同時溶解到電解質(zhì)中。在Rothermel等人對該雙碳性電池技術(shù)挑戰(zhàn)和機遇的2013年回顧中提到，雙碳性電池中的電解質(zhì)不僅可以作為電荷載體而且還可以充當(dāng)活性物質(zhì)。

Power Japan Plus公司此次推出的雙碳性電池技術(shù)是在日本九州大學(xué)（Kyushu University）Tatsumi Ishihara教授的研究成果上進行的。Power Japan Plus公司表示其將與Tatsumi Ishihara教授以及九州大學(xué)繼續(xù)進行雙碳性電池技術(shù)的合作研發(fā)。

在2013年，Tatsumi Ishihara教授與其同事針對該雙碳性電池技術(shù)合作申請了一項專利，專利中通過利用LiPF6電解質(zhì)鹽詳細(xì)介紹了雙碳性電池的充電放電過程。其中具體反應(yīng)過程如下：

正極反應(yīng)：PF6? nC ? Cn(PF6) e?

負(fù)極反應(yīng)：Li nC e? ? LiCn

其中→代表充電過程；←代表放電過程

Power Japan Plus公司雙碳性電池充放電過程原理圖

該雙碳性電池放電容量與正極陰離子存儲容量、正極可釋放的陰離子容量、負(fù)極陽離子存儲容量、負(fù)極可釋放的陽離子容量以及電解質(zhì)中陰離子和陽離子容量有關(guān)；

為提高該雙碳性電池的放電容量，不僅需要提高陽性活性電極材料的容量和陽性活性電極材料的容量，而且還需要提高如鋰鹽一類的非水溶性電解質(zhì)的容量。由于在雙碳性電池充放電的循環(huán)過程中，其電解質(zhì)離子濃度始終在變化，因此，雙碳性電池的電解質(zhì)必須保證具有足夠的電解質(zhì)鹽以保證電解質(zhì)的導(dǎo)電性能，同時，雙碳性電池的電解質(zhì)還必須保證具有足夠的電解質(zhì)溶劑以確保電解質(zhì)鹽能夠在電池充放電過程中始終充分溶解。

在Tatsumi Ishihara教授與其同事的雙碳性電池技術(shù)專利中，Tatsumi Ishihara教授指出雙碳性電池在充放電過程中，其內(nèi)部可能會發(fā)生鋰鹽沉淀析出現(xiàn)象。由于鋰鹽沉淀析出后屬于絕緣體，如果鋰鹽沉淀析出至電極上，那么將導(dǎo)致發(fā)生電池能量密度降低等問題。

Tatsumi Ishihara教授與其科研團隊表示，他們針對鋰鹽在電極上沉淀析出問題已經(jīng)找到了解決的方法，通過該解決方法不僅可以提高雙碳性電池的放電容量，而且還可以提升電池重量能量密度。

Power Japan Plus公司表示，其雙碳性電池單體電池雖然和鋰離子材料的電池能量密度相當(dāng)，但其充放電次數(shù)比前者多20次，其充放電次數(shù)也達到了3000次。而且，其生產(chǎn)工藝非常簡單可以直接由現(xiàn)在的生產(chǎn)設(shè)備進行生產(chǎn)，而無需對目前的生產(chǎn)線進行更改。

Power Japan Plus公司還表示，由于雙碳性電池充電速率得到了大幅提升，所以該雙碳性電池將很有可能應(yīng)用到長途型電動汽車上，另外其再生制動效率也將更加高效。因為該雙碳性電池可以進行100%放電，所以這進一步延長了電池可用充放電循環(huán)的壽命。

Power Japan Plus公司表示將于今年下半年開始參照目前18650瑞登（Ryden）電池的生產(chǎn)模式進行雙碳性電池的生產(chǎn)，其生產(chǎn)基地將采用其沖繩（Okinawa）工廠。至此，Power Japan Plus公司雙碳性電池應(yīng)用范圍還將延伸至醫(yī)療設(shè)備和衛(wèi)星研發(fā)的儲能領(lǐng)域。另外，為了進一步滿足汽車行業(yè)內(nèi)儲能應(yīng)用，Power Japan Plus公司表示將開設(shè)特許經(jīng)營模式，其可以為現(xiàn)有的電池制造廠商提供關(guān)于生產(chǎn)制造瑞登（Ryden）雙碳性電池方面的技術(shù)支持和專業(yè)知識。

美國陸軍研究實驗室推出的雙碳性電池工作原理圖

另外，美國陸軍研究實驗室于近日在英國皇家化學(xué)學(xué)會（RSC）能源與環(huán)境科學(xué)（Energy & Environmental Science）期刊上發(fā)表了一篇關(guān)于雙碳性電池的技術(shù)文章。文章介紹研究人員采用了一種可逆的雙碳性電池夾層化學(xué)結(jié)構(gòu)，該化學(xué)結(jié)構(gòu)能夠利用自身結(jié)構(gòu)特點同時吸附鋰離子和PF6?，另外，該雙碳性電池還采用了含氟溶劑的高壓電解質(zhì)，其工作電壓可以達到5.2伏。該雙碳性電池不僅能夠保證足夠的能量容量，而且還具有成本低、安全性高、更加環(huán)保等特點。因此，該美國陸軍研究實驗室研究小組一致認(rèn)為其雙碳性電池是解決高效儲能問題的有效解決方案。