利用空氣産生電力的終極蓄電池或許會在不遠的將來實現，這一前景已經浮現。其名稱為空氣電池。與以往的電池不同，不需要電極，重量也僅為現有的鋰離子電池的5分之1。包括南韓和中國企業在內，開發競爭正日趨激化。兼具輕量和大容量的蓄電池將成為力爭在2030年代以後普及的飛行汽車不可或缺的動力源之一。

       

SkyDrive正討論開發的飛行汽車的效果圖（該公司提供）

   

      在日本，每年因道路擁堵而造成的經濟損失高達10萬億日元以上。在城市裏，有時行駛10公里要花30分鐘，很浪費時間。據世界衛生組織（WHO）統計，全球每年有約130萬人死於交通事故。

  

      雖然至今沒有稱得上王牌的解決對策，但能成為選項之一的是利用比道路更寬闊的空中。不過這一選項目前令人感覺像是無稽之談。這背後也是因為我們尚無法獲得足以使汽車懸浮在空中的輕量且優質的蓄電池。今後的時代自然也不可能依靠燃燒化石燃料去飛行。

 

      最高時速達到40～50公里——從事飛行汽車開發的日本企業SkyDrive（位於東京新宿區）計劃在2025年前後使雙座款的飛行汽車應用於計程車和緊急送醫。這需要不斷延長據稱目前僅為約為5～10分鐘的飛行時間。

 

      熟悉電池研究的日本企業APB（位於東京千代田區）的首席執行官（CEO）堀江英明表示「汽車要飛行約1小時，需要每公斤450瓦時以上容量的電池」。對於鋰離子電池來説，300瓦時將成為天花板。如果能降低電池的重量，表面上的容量將增加，但佔鋰電池整體重量近一半的電極（正極）將對輕量化構成阻礙。

 

      在此背景下，輪到空氣電池的登場。通過大膽改變結構，利用從空氣中獲得的氧氣取代正極，然後與利用鋰金屬製造的電極結合。只要獲得外界的空氣，就成為電池的材料。如果正極被取消，鋰金屬將佔更大空間。這樣就具備在重量輕的同時鋰增多，進而能增加蓄電容量的優點。

   

     

      在産生電力之際，從電池縫隙進入的作為「幫手」的氧氣會在容器的碳和樹脂之中與鋰離子結合。氧原子容易形成氧化物的團塊，將合力驅動電子。借助充電，完成工作的氧原子離開團塊，與鋰離子分別，重新流向外部。

  

      不過，氧原子不易從氧化物團塊離開，金屬鋰的起火和發熱的風險很高。由於技術開發的難度，鋰空氣電池一直被視為「終極電池」。不過，最近中國和南韓的研究人員開始找到解決課題的創意。

   

     

      中國汽車電池研究所針對鋰空氣電池，在電極的結構方面下功夫，達到了每公斤769瓦時的容量。但研究還停留在分析少量的材料階段，要製造電池，面臨的課題仍很多，但該研究所表示將來有可能用於航空宇宙産業和純電動汽車。

 

      另外，南韓的三星電子和蔚山科學技術院為了抑制氧原子經過的部位的劣化，將有機材料改為陶瓷。這使得充放電的次數從10次以下增加至100次。雖然低於鋰離子電池的約4千次，但將在電解液的改良方面找到出路。

 

      採用鋰的空氣電池在使用期間還會發生負極變形，容易出現短路。因此，也出現了利用其他元素、探索容量較少但容易製造的空氣電池的趨勢。

 

      日本電池企業FDK製作了將鎳氫電池的正極改為空氣的氫空氣電池，然後將若干個這樣的電池連接起來，成功進行了充放電。只要增加連接的電池的數量，在原理上，就將超過鋰離子電池的容量。

 

      美國的Form Energy實現了以鐵和氧工作的鐵空氣電池，計劃用於存儲以可再生能源産生的電力等用途。

    

FDK開發的氫空氣電池（圖由該公司提供）

     

      如果將飛行汽車製作為電動，就不需要燃燒燃料，但仍然存在究竟能否利用電池飛行等問題。要讓汽車懸浮在空中，在擔心電池用盡的同時，還必須盡可能降低電池重量。

 

      僅從重量輕來説，主要材料採用樹脂的「全樹脂電池」也是有力競爭者。日本電池企業APB開發的新型鋰離子電池比同類型的鋰離子電池輕2成，將用於無人潛水艇。有觀點認為難以增加電池容量，但APB的CEO堀江表示「只要在電極原料等方面下功夫，即可用於飛行汽車」。

 

      在電池的世界裏，使用空氣中的氧氣的空氣電池問世，可以説是如同利用太陽光進行光合作用的微生物給地球帶來大量氧氣一般巨大的變化。人類在18世紀工業革命以後一直借助氧氣燃燒大量的煤炭、石油和天然氣，打造了富裕的生活，但今後將不再燃燒氧氣，而是把氧氣用於電池。由於需要思路的巨大轉變，備受期待的空氣電池的開發仍面臨難題。

 

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網）草鹽拓郎

    

版權聲明：日本經濟新聞社版權所有，未經授權不得轉載或部分複製，違者必究。