围绕新一代电池最有力候选的争夺不断升温。从纯电动汽车（EV）到无人机，动力源的主角仍是锂离子电池，但日本初创企业瞄准新一代电池正展开激烈的技术研发竞争。有的在电极和催化剂研究上追求极致，有的则改变着眼点把目标放在超越锂离子电池上。充电电池是日本产业的传统强项，但近年来受到中韩企业的挤压。

         

      横滨市可谓是日本新一代电池研发的“梁山泊”（人才聚集之地）。源自东京都立大学的初创企业3DOM就坐落于此。从松下等大型机电厂商还有汽车制造企业辞职、寻求新发展的技术人员集结于此。公司成立之初，技术人员只有东京都立大学教授金村圣志一人，如今已达到70人，在最近一年里翻了一番。

  

      “能让我们测试一下性能吗？”“我们希望与贵公司合作”，从欧美车企到无人机制造商，3DOM公司接到的咨询源源不断。该公司的目标是2022年将“金属锂电池”投入实用。

   

      在美国新设工厂，为新一代电池布局

       

      金属锂电池作为锂离子电池的替代品的性能已经获得验证，在相同重量下，金属锂电池的输出能量可以达到锂电池的2倍。这种电池具有大幅提升纯电动汽车续航距离的潜能，同时还瞄准了飞行汽车用途。

       

      目前，锂离子电池的电极（负极）主要使用碳材料，而3DOM公司采用的是金属锂。该材料具有可轻松增加电容量的优点，同时也存在可能短路起火的缺点。

      

  

      起火原因是一种叫做“枝晶”（Dendrite）的现象，由于化学反应不均衡，晶体会在负极表面呈柱状生长。3DOM自主开发出了不易发生这种现象的隔膜（绝缘材料）。表面像蜂巢一样井然有序地排列着直径数百纳米（1纳米为十亿分之一米）的球状孔。通过使离子穿过的孔的大小和位置一致，实现了总体均匀的化学反应。

       

原松下的技术人员支撑着3DOM的电池研发

    

      材料使用耐热聚酰亚胺树脂，即使温度达到摄氏400度也不会起火燃烧。3DOM公司目前在美国西雅图郊区生产锂离子电池，2021年还将在美国新设另外一家工厂，为生产新一代电池进行布局。

    

      在纯电动汽车和无人机等不断普及的背景下，作为动力源的锂离子电池市场保持着持续增长的态势。与此同时，以进一步扩大容量、追求安全性、延长寿命等为目标的新一代电池研发也在如火如荼地开展中。

  

      据日本调查公司富士经济预测，2035年全球新一代电池市场规模将超过2.7万亿日元，而2020年的预测值为42亿日元，未来预计将掀起一股发展大潮。车载电池居全球份额首位的中国宁德时代新能源科技（CATL）、排名第二的松下、还有在面向欧洲汽车的电池方面拥有优势的韩国LG化学的三大厂商也在大力开发新一代电池。

   

      其中，小型化和快速充放电性能出色的“全固态电池”被视为最为有力的竞争产品。丰田和松下等都在实施开发，日本的初创企业也不甘落后，已宣布开发新一代产品。位于仙台市的AZUL Energy就是其中之一。该公司大力开发的不是成品形式的电池，而是左右电池性能的材料。

      

      瞄准无人机用途

       

      “这种颜料拿来当催化剂使用是不是很有趣？”2017年对于研究电池的学生的突发奇想，日本东北大学材料科学专业的准教授薮浩表示“几乎没有将颜料用作电池催化剂的实例”，但也预感到了实现的可能性。

  

      薮准教授关注的是金属空气电池。该种电池的正极反应材料使用空气中的氧气，负极反应材料为金属。这种电池能储存达到锂离子电池3～10倍的电能并进行放电，被称为“终极电池”。

  

   

      不过，金属空气电池一次能够提取的电流很小。即便充放电性能再出色，如果输出功率小的话，也不适用于纯电动汽车等用途，目前，金属空气电池90％的用途是助听器。薮准教授尝试用铁类颜料代替主流的锰作为电极的催化剂，结果发现，一次可提取的电流增加了2～3成。他准备进一步提高这种电池的性能，争取在无人机等上配备。AZUL Energy则打算借助这种催化剂，与电池制造商进行联合研发。

   

      AZUL Energy聘请富士胶片的原技术人员伊藤晃寿担任负责人。对于薮准教授的邀请，伊藤一开始心里很矛盾，但最后下决心“挑战大企业不愿意涉足的新领域”。

      

AZUL Energy将颜料用作电池催化剂

   

      京都市的初创企业AC Biode的电池与众不同。正如其名“交流电池”，这种电池不是普通的直流电，而是通过交流电充放电。从原理上来说，充电一次的续航时间比同样大小的锂离子电池长3成。该公司2019年获得了以欧盟（EU）机构为母体对创新性能源研究提供援助的InnoEnergy（荷兰）的投资。

   

      交流电是电流方向和电压按一定周期发生变化的方式，主要用于输电供电和大功率电机。电池一般通过转换器将交流电转换为直流电储存起来，而电动机等设备则将电取出后再恢复为交流电使用。但将交流电转换成直流电时，会损失1～2成的电能。据称，如果是交流电池的话，不仅可以减少电能损耗，而且寿命达到锂离子电池的两倍。

   

      位于京都府精华町的企业Connexx Systems正在大力研发把燃料电池和空气电池（铁-空气电池）的原理结合在一起的“SHUTTLE Battery”。让氢和氧发生反应可以生成电，该公司则利用铁遇水发生生锈反应来制造氢气。为了能将氢气供应给燃料电池进行充放电而进行了改进。

   

      锂离子电池过去一直是日本一家独大的领域，但近年来日本的领先地位正在被中韩企业夺走。不过，日本在主要构件上仍然技高一筹，在电池隔膜市场，旭化成和东丽约占3成份额。正极材料方面，住友金属矿山等日本企业也具有优势。

   

      尽管初创企业也有一定机会，但在车载用途方面，大型电池厂商和汽车制造商建立了密切的关系，要从中插足并非易事。熟悉电池市场的日本瑞穗银行的汤进认为“要想在竞争中取胜，关键在于和同行业的大型电池厂商还有客户联手，迅速扩大生产规模”。当初创企业解开生存下去的方程式之时，或许新一代电池的大门也将开启。

       

      日本经济新闻（中文版：日经中文网）大阪经济部 梅国典

    

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