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日本團隊讓鋰空氣電池壽命增至2倍

2022/04/18

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  日本國立物質材料研究機構的主任研究員松田翔一等人開發出了把自動實驗機器人與數據分析結合起來的材料開發方法。成功製造出使鋰空氣電池(屬於新一代蓄電池)的週期壽命延長至約2倍的電解液。力爭通過與企業的聯合開發等推進實用化。

   

  鋰空氣電池被認為在理論上能實現鋰離子電池數倍的能量密度。一般來説,鋰空氣電池的負極採用鋰金屬,正極採用空氣。除了充電一次可長時間使用之外,重量更輕,因此有望應用於無人機等。另一方面,課題是充放電的週期壽命短。

    

物質材料研究機構開發的自動實驗機器人能以人手100倍以上的效率完成實驗(圖片由物質材料研究機構的主任研究員松田提供)

         

  研發團隊此次力爭抑制對週期壽命産生影響的負極和電解液的劣化。把自動實驗機器人和數據科學的知識結合起來,尋求短時間內找出加入電解液的5種添加物的最佳組合。

    

  據稱利用機器人,能將人類每天只能進行約10次的實驗增加至每天1000次左右。還結合了利用數據分析的方法探索更好選項的“貝葉斯優化(Bayesian Optimization)”,從1000多萬種組合中探索了有效的組合。

      

  研究團隊利用找到的添加物組合試製了鋰空氣電池,與不加入添加物時相比,週期壽命增至約2倍。松田表示,“只要5種添加物中的2種有所不同,結果就會很不一樣”。據稱在實驗中發現了能在負極上形成優質膜的絕佳組合。

   

本次製造的紐扣電池與並未加入添加物的電池相比,壽命延長至2倍(圖片由物質材料研究機構的主任研究員松田提供)

     

  鋰空氣電池進行充放電時,負極和電解液發生反應,蓄電容量隨之減少。通過往電解液中加入多種添加物,在負極表面形成膜,能防止這種反應,但添加物有無數種組合。此前,根據研究人員的長期經驗和感覺來探索組合,效率低下。

       

  2021年12月,日本物質材料研究機構和軟銀組建的研發團隊開發了超過鋰離子電池能量密度、達到每公斤500瓦時級的鋰空氣電池。不過,當時的充放電週期壽命僅為約10次。

         

  研發團隊還將嘗試把這種開發方式應用於正和軟銀合作研發的電池上。還計劃應用於鈉離子電池等其他蓄電池的電解液,以提高性能。

    

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