付甜甜

近日，日本的一家名為Power Japan Plus的公司推出了一款具有突破性的化學電池——雙碳(dual carbon)電池，即陰極和陽極都是碳材料的電池。與其他電池相比，此款電池在同等能量密度的條件下，使用壽命更長、安全性更高、充電速率更快。

電池原理圖

雙碳性電池(dual-carbon)也被稱之為雙石墨電池(dual-graphite)。1989年首次在McCullough和其同事的一篇專利文章中提到，之后分別于1994年由Carlin等人以及于2000年由Seel和Dahn等人進行了深入研究。該雙碳性電池的基本工作原理：電解質(zhì)中的鋰離子不斷析出在陽極和陰極上，而相應電解質(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。

2013年，Rothermel等人對該雙碳性電池技術挑戰(zhàn)和機遇進行了文章回顧，文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活性物質(zhì)。

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

2013年，Tatsum i Ishihara教授與其同事針對該雙碳性電池技術合作申請了一項專利，專利中通過利用LiPF6電解質(zhì)鹽詳細介紹了雙碳性電池的充電放電過程。

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、負極陽離子存儲容量、負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。

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，從而保證電解質(zhì)的導電性能。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Tatsum i Ishihara教授與其同事的雙碳性電池技術專利中，Tatsum i 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，那么將導致發(fā)生電池能量密度降低等問題。

Tatsum i Ishihara教授與其科研團隊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，其雙碳性電池的單體電池雖然和鋰離子材料的電池能量密度相當，但其充放電次數(shù)比后者多20次，其充放電次數(shù)達到了3000次，能夠在耗電100%的情況下不造成短路和電池損毀。另外，該款電池不會發(fā)熱，因此不需要電動汽車中現(xiàn)有的外置冷卻系統(tǒng)。熱穩(wěn)定性也是該款電池的一大特征，因為它消除了熱失控危險，而嚴重的熱失控很可能造成爆炸。該電池強大的優(yōu)越性能，是其它4伏特以上電池所無法比擬的。而且，其生產(chǎn)工藝非常簡單，可以直接由現(xiàn)在的生產(chǎn)設備進行生產(chǎn)，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。公司稱，他們的技術能夠讓一輛尼桑凌風(nissan leaf，一款新式 5座電動轎車）在12分鐘內(nèi)完成充電，而不是以前的4小時。這款車的電池是24千瓦的電容量，稍微估算一下就知道，新技術能讓特斯拉S型電動車的85千瓦電池在42分鐘內(nèi)完成充電。

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)基地將在其沖繩（Okinawa）工廠進行。至此，Power Japan Plus公司雙碳性電池應用范圍還將延伸至醫(yī)療設備和衛(wèi)星研發(fā)的儲能領域。另外，為了進一步滿足汽車行業(yè)內(nèi)儲能應用，Power Japan Plus公司表示將開設特許經(jīng)營模式，其可以為現(xiàn)有的電池制造廠商提供關于生產(chǎn)制造瑞登（Ryden）雙碳性電池方面的技術支持和專業(yè)知識。

該款電池還能回收利用，具有高度的可持續(xù)性。電池不包含稀有金屬，稀土金屬或重金屬，并且是100%可回收，大大提高了先進的電池從搖籃到搖籃的可持續(xù)性。Power Japan Plus公司計劃采用有機碳復合物來生產(chǎn)該電池，用有機棉生產(chǎn)內(nèi)部構(gòu)造，完美地掌控了電極的碳晶體型號。公司計劃在今年開始生產(chǎn)18650雙碳性電池，供醫(yī)療設備、衛(wèi)星等特殊領域使用，他們還計劃授權(quán)其他公司在電動汽車領域使用該技術。

鏈接：

美國陸軍研究實驗室于近日在英國皇家化學學會(RSC)能源與環(huán)境科學(Energy&Environmental Science)期刊上發(fā)表了一篇關于雙碳性電池的技術文章。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結(jié)構(gòu)，該化學結(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為其雙碳性電池是解決高效儲能問題的有效解決方案。