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能量密度是锂电池6-7倍，氟离子电池又是什么？

电池,离子,电解液能量密度是锂电池6-7倍，氟离子电池又是什么？

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

能量密度是锂电池6-7倍，氟离子电池又是什么？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

全固态氟离子电池理论能量密度最高可接近每升5千瓦时，约是目前商业化锂离子电池能量密度的8倍，也超过正在研发的锂空气电池。

一旦研发成功，全固态氟离子电池将以优异的安全性和极高的能量密度对新能源汽车、储能等重度依赖电池技术的领域带来颠覆性变革。

目前，使用锂电池技术的新能源汽车发展面临有三大焦虑，分别为里程焦虑、安全焦虑以及锂、钴原材料供应不足焦虑，而固态氟离子电池恰好可以解决上述所有焦虑。




因为首先氟是一种相对丰富和轻质的元素，氟离子是与锂离子相反的镜像，对电子具有最强的吸引力，易于进行电化反应。

测试氟离子电池的结果显示，氟离子电池可使电动汽车一次充电即可行驶1000公里，这就很好地解决了新能源汽使用锂离子电池时的里程焦虑。




其次，就安全性能而言，全固态锂电池锂枝晶生长造成短路一直是难以克服的瓶颈。锂离子遇潮气容易起火的通病，让不少人对新能源汽车有些望而生畏，不利于新能源汽车的进一步发展。

氟是电负性最强的元素，极难转变为相应的单质，不易形成锂枝晶，因此基于不可燃无机固态电解质的氟离子电池安全性能无疑更好，彻底化解了人们对新能源汽车安全性的“心结”。




最后，也是最重要的一点，氟元素地壳丰度约为锂元素的50倍，氟离子电池在原材料供应方面的压力远低于锂离子电池。

其实，这一点对于中国这个新能源汽车大国尤为重要。氟元素源自萤石（主要成分氟化钙），在日常生活中人们常见的夜明珠就萤石，萤石资源又恰好是中国长项。

长久以来，萤石业内有一个共识一一“世界萤石在中国，中国萤石在浙江，浙江萤石在金华，金华萤石在武义”。单是“萤石之乡”的武义一地，萤石蕴藏量就有约4,000万吨。




虽然，萤石在南非、墨西哥、蒙古、俄罗斯、美国、泰国、西班牙等地也有产出，但中国毫无争议是世界上萤石矿产最多的国家。

由于我国萤石资源在全球优势明显，氟离子电池可充分利用这一优势，从根本上杜绝当前锂资源被他人卡脖子的情况重现。比如，加拿大要求中企撤资，南美搞锂佩克……




但是，氟离子电池技术路线颇具挑战性一一主要是当前的氟离子电池具有较差的可循环性。①氟离子固态电解质的离子电导率大多偏低，只能在高温下工作；②少数全固态氟离子电池虽然可在室温下充放电，但电化学窗口极窄，存放电不到10次容量就几乎衰减为0，没有实际应用价值。

不过，好消息是，这一阻碍氟电池应用的重大技术瓶颈不出意外又被中国科学家给打破了。

近日，中国科学技术大学教授马骋团队设计出一种新型氟离子固态电解质一一钙钛矿氟离子导体，首次实现室温下全固态氟离子电池的稳定长循环，在25℃下持续存放4581小时后，容量没有发生显著衰减。相关研究成果日前发布于《Small》。

上述成果创造了全固态氟离子电池领域循环时间最长、容量保持率最高的世界纪录。业内人士认为，这一重要突破让人们看到全固态氟离子电池实用化的可能，同时也让人们看到未来电池多元化发展的希望，尤其是于我国而言一一本就有技术、有生产力，届时家中再有矿，想想都不得了，只怕日后中国新能源汽车产业要飞起来吃人啰！

回答于 2019-09-11 08:43:50

氟离子电池，是以氟化物离子替代锂离子作为载流子的可充电电池，如果说原理，氟离子电池与锂离子电池具有相似工作原理，仅仅是材料不同罢了，氟离子电池通过氟化物离子（fluoride ion）在正极和负极之间移动实现充放电。

将氟离子电池与锂离子电池相比，可知氟离子电池的电极结构更简单，理论上也能达成不使用稀有金属的低成本目标，这样成本和材料制约都大大缓解了。同时氟是电负性最强元素，比锂离子安全得多。

科学界早就知道氟离子在电池方向的优点，但因为技术难度太大，所以许多年下来在这条技术线路上都没有太大进展。现在是锂离子电池发展陷入瓶颈，所以就又回头来搞氟离子电池了。

目前在氟离子电池的研究上有两条技术线路，一是传统的固体电解质技术线路，中国的团队一直在这个方向上发力；二是日本人另辟蹊径，搞了一个液态电解质技术线路，同样进展很好。两个技术线路都实现了室温下工作的氟离子电池。

中国的固态电解质技术线路的突破性成果是，中国科学技术大学教授马骋团队设计出了一种新型氟离子固态电解质“钙钛矿氟离子导体”，首次实现室温下全固态氟离子电池的稳定长循环，在25℃下持续充放电4581小时后，容量没有发生显著衰减，相关研究成果已经刊发于《Small》。

但问题是全固态氟离子电池是由固态电解质、正负极材料组成，现在是解决了固态电解质的性能问题，但在正负极材料方面还需要突破，否则就仍然不足以进入实用化阶段。

日本主导氟离子电池研发的是京都大学，在2017年就开发出室温环境下工作的氟离子电池。这个研发团队算上另辟蹊径，摆脱了采用固体电解质的思维桎梏，改用“离子液体”作为电解液，解决了“室温”这一难题。

不过现在日本人也承认，在实用化方面困难重重，至今也没有找到电极材料和电解质的最优配方，所以在可重复使用次数、电动势等电池指标方面，还无法与锂离子电池比较。

最新进展是，日本立命馆大学教授冈崎健的团队于2022年9月发表论文，分析了氟离子电池的电极和电解质材料的配比组合如何影响电极反应的成果。直接证实了使用材料的差异，会影响充放电可重复次数。用冈崎自己的话说，“已显示出材料探索的方向”，并给出时间表，称将在2025年之前，通过电极材料采用铜和铝的低成本方式试制低成本方案的氟离子电池。目前使用铋和铅作为电极材料，只能获得0.3V的电动势，距离实用化的2V以上距离还是太远了。

也就是说，中日两个技术路线都实现了室温环境下电解质的问题，但都还没能实现正负极材料的问题，所以氟离子电池的实用化还有很长一段路要走。而且，还看不出来谁的方案更具有优势，但日本人已经认为他们找到解决正负极材料的思路了。

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