日本材料廠商東麗開發出了有望用於純電動汽車（EV）等的新一代電池「鋰空氣電池」用的隔膜（絕緣膜）。以氧氣為能源的空氣電池可以比鋰離子電池大幅減輕重量，可以使純電動汽車的續航距離翻倍。隨著東麗開發出絕緣膜，2030年左右將有望製作出接近實用的空氣電池試製品。

      

東麗開發的鋰空氣電池用絕緣膜

        

      開發出空氣電池用絕緣膜的東麗薄膜研究所研究主要負責人佃明光強調：「純電動汽車及城市空中交通（UAM）要想提高搭載能力和續航距離，也需要新型蓄電池。通過配備空氣電池，續航距離至少比鋰離子電池延長2倍以上」。

 

      鋰空氣電池在負極使用鋰金屬，利用空氣中的氧氣發生化學反應進行充放電。理論上的蓄電性能是鋰離子電池的數倍，因此還被稱為「終極可充式電池」。

 

      東麗此次開發的是電解液分離薄膜。空氣電池在空氣極使用水類電解液，在負極使用有機類電解液。以前一直在空氣電池的驗證實驗中使用的微多孔薄膜存在的課題是反覆充放電時，兩種電解液會發生混合。

 

      只有金屬離子「跳躍傳導」

 

      東麗此次採用了離子導電聚合物薄膜，而非微多孔薄膜。在薄膜領域，全球只有東麗投産的高耐熱芳綸聚合物中添加了親離子性。膜上沒有孔，氧氣不會通過。因此，除了可以分離電解液還可以通過離子躍過薄膜傳導的「跳躍傳導（hopping）」，使金屬離子移動。

 

      空氣電池存在的課題是電解液混合導致劣化及充電時鋰晶體生長造成短路等。新聚合物薄膜可以解決這些課題。通過充放電實驗可以確認，穩定工作時間是微多孔薄膜的10倍以上。

 

      要實現空氣電池的實用化，薄膜以外的技術也面臨諸多課題，包括正極一側的催化劑設計，以及如何將氧氣吸入電池等。但佃明光表示「此次開發出薄膜之後，已經開始考慮2030年前後開展（空氣電池的）原型（Prototype）製作」。

 

      東麗認為新開發的薄膜應用領域十分廣泛，還會考慮將其應用於全固態電池等空氣電池以外的領域。今後打算以實用化為目標，進一步提高離子傳導性。

 

      契機是東麗的「不公開研究」

 

      佃明光得以開發出薄膜的背後原因是「不公開（Underground）研究」。不公開研究是東麗向技術人員推薦的研究體制，無需向上司彙報，可以將20％的上班時間用於自由研究。據稱，6～7年前，為了開發車載鋰離子電池使用的電極用黏合劑材料，佃明光「隨便研究了一下」芳綸聚合物薄膜的性能。

 

     當時發現金屬離子的運動有些奇怪。在數據分析專家的幫助下，佃明光發現金屬離子是以跳躍傳導的方式運動的。他回憶説「運動方式如同牛頓擺一樣」。

  

     當時視為研究目的的黏合劑，與使用其他材料的産品相比，並未顯示出特別出色的性能，最終未能實現産品化。但從電池的充放電曲線來看，顯示出了離子和芳綸的成分發生相互作用的跡象，於是佃明光突然産生了將其應用於空氣電池絕緣膜的想法。

 

      此次的部分技術也是日本新能源産業技術綜合開發機構（NEDO）的資助項目成果。東麗薄膜研究所所長長田俊一就空氣電池表示「目前日系企業在一定程度上處於領先地位」，同時指出「即便各廠商都擁有很好的材料，如果不組織起來的話就沒有意義。必須考慮一個大的框架」。東麗除了自己開發技術之外，還打算尋找合作夥伴。

    

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網） 黑瀨泰斗

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