随着地球变暖威胁的迫近，全球下决心在2050年之前实现温室气体净零排放。纯电动汽车（EV）和家庭生活将积极使用替代化石燃料的可再生能源电力，这就需要大量的蓄电池。不过，就算拥有性能卓越的锂离子电池，也难以高枕无忧。因为即便锂电池是蓄电池的“王者”，在存储电力的容量和价格方面也日趋面临极限。2030～2040年，全球被认为将迎来“电池时代”，日本经济新闻（中文版：日经中文网）策划了一组这一时代主角的新一代电池的研发进展。

     

日本九州大学将开发采用氟、氯和溴的电池（图由该大学提供）

         

      “存储电力的容量超过锂”，日本九州大学的研究团队对于新主角的亮相充满期待。

 

      新型电池产生电力的离子采用与锂不同的氟。因此被称为氟化物离子电池。

 

      氟因牙膏而被人们熟知，3个氟原子和铁结合，首先制成电极。蓄电容量为每克579毫安时。如果制成电池，容量有望达到锂离子电池的3倍。这可以让纯电动汽车的续航距离延长，如果维持电池的大小不变，还有望让纯电动汽车价格降低2成。

 

      容量之所以迅速增加，是因为在正极和负极之间移动的氟化物离子能通过电线同时获得3个电子。接近于一次性搬运和储存多件货物的情形。相反，锂离子能携带的电子仅为1个。

 

      除此以外，据称氯和溴也很有潜力。3个离子分别与铋离子结合之后，同样能使电子移动。相关研究已获得日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的支援。

   

  

      据日本地球环境产业技术研究机构（RITE）统计，要在2050年之前实现温室气体净零排放，社会的电动化不可或缺。至少需要累计达到最高100万亿瓦时的蓄电池。

 

      既属于出行手段又为家庭供电的纯电动汽车是相关对策的象征。日本矢野经济研究所的统计显示，纯电动汽车等的全球销量到2030年将达到5026万辆，增至2020年的9倍。

 

      如果纯电动汽车的价格降至约100万日元（约合人民币5.07万元），将成为普及的东风。一方面，电池价格低于每千瓦时约5千日元（约合人民币253元）被视为理想状态。美国彭博新能源财经(Bloomberg NEF)统计显示，锂离子电池的价格2021年为132美元，相比2010年降至9分之1，但仍然偏贵。今后由于会朝着自动驾驶等方向发展，耗电量也将不断增加。

 

      在电池需要革新的背景下，锂离子电池的出色之处也得到再认识。占重量近一半的正极使用最轻的金属锂等进行制造。容量也高于以前的铅和镍氢电池。

 

      锂电池从1994年的每升235瓦时发展到约700瓦时，随后也并未停下提高性能的步伐。现在甚至能承受约4千次充放电。2019年，锂电池的开发功绩获得诺贝尔化学奖。可以称得上是蓄电池的“王者”。

 

      但是，性能卓越的锂电池也在向极限靠近。其性能已经逼近每升800瓦时的上限。

  

      日产汽车的纯电动汽车采用的62千瓦时锂离子电池可在约4天里满足每天使用12千瓦时的家庭的电力需求。但是，任何人都想希望拥有价格更加低廉的大容量电池。因此，不可能一直依赖锂。

   

   

      日本同志社大学教授盛满正嗣正在讨论利用锌开发新电池，寻求达到每升800瓦时以上。传导离子的电解液采用水，“每千瓦时数千～1万日元也变为可能”。据称，目前已看到防止短路的头绪，希望到2025年前后制造出电池。

  

      东京理科大学的教授駒场慎一等人力争开发采用钾离子的电池。目标是3千次充放电。而西班牙的巴塞罗那材料科学研究所等关注的是钙。在低于此前的100摄氏度运行的电极的制造已有眉目。

 

      有观点认为，新电池的开发只采用寻常的方法可能行不通。以氟化物离子电池为例，要加快弄清使用中容量减少的原因。还需要寻找最佳的电极材料。其他电池也是一样，在生产工序等方面还存在很多课题。

    

钾（K）离子电池的复制品（图由东京理科大学提供）

        

      不过，科学家之所以对元素的探索倾注热情，是因为元素的差异会令电池性能明显改变，犹如彗星般突然问世的电池一直不断改变着我们的社会和文明。

 

     在意大利的伏特于1800年前后发明新电池之后，在现代，镍镉和镍氢等电池得到普及。1991年，锂离子电池才终于问世。

 

      专家认为“到2030～2040年有可能发生新一代电池的代际更替”。盛满教授指出“电池的成本和资源量将影响元素的选择”。锂电池仍然会被继续使用，可能根据用途而形成分栖共存的情况。

 

    今后哪种元素坐上主角的宝座？哪种电池将会普及？或许只有化学教科书上司空见惯的元素周期表才知道真正的答案。

      

    日本经济新闻（中文版：日经中文网）草盐拓郎

  

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