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【未来技术】钠离子电池:不使用稀有金属

来源:亚博全站APP官网登录   发布时间:2021-11-23 00:14nbsp;  点击量:

本文摘要:2010年,钓鱼岛海域再次发生中日撞到船事件后,中国开始从实质上容许稀土出口。稀土是混合动力车用电动机和有机EL显示器等高科技产业必不可少的资源,也被称作产业的维生素。 中国这个世界仅次于的稀土生产国开始容许出口,订购危机随之经常出现,稀土价格攀升。磁铁用于的钕和镝的价格在2011年7月超过顶峰,是2007年的30倍以上(瑞穗实业银行产业调查部的调查结果)。 不仅是日本,全世界的企业都遭到了沉重打击。

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2010年,钓鱼岛海域再次发生中日撞到船事件后,中国开始从实质上容许稀土出口。稀土是混合动力车用电动机和有机EL显示器等高科技产业必不可少的资源,也被称作产业的维生素。  中国这个世界仅次于的稀土生产国开始容许出口,订购危机随之经常出现,稀土价格攀升。磁铁用于的钕和镝的价格在2011年7月超过顶峰,是2007年的30倍以上(瑞穗实业银行产业调查部的调查结果)。

不仅是日本,全世界的企业都遭到了沉重打击。  危机仍未完结  之后,随着重复使用再行利用技术和不倚赖稀土的产品开发的变革,中国的稀土价格渐渐回升。

2014年,世界贸易组织(WTO)确认中国实行的出口容许违规。2015年1月,中国政府作出了撤销出口容许的要求。  但稀土等稀有元素的危机未就此结束。

稀土只是31种稀有金属中的一部分,其他元素也几乎有可能遇上出口容许之类的问题。  锂也是一种常用的稀有金属,主要应用于电池。研发锂电池的目的,是为了符合手机和笔记本电脑对于高容量、小型电池的急迫市场需求。1991年,索尼在全球首度构建了锂电池的商品化,拿下了整个市场。

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不仅是移动设备,还获得了固定式电池和车载电池等普遍用途的使用。富士经济预测,到2018年,全球锂电池市场将不断扩大到2万亿日元的规模。  日本的锂全部依赖从南美等地进口。随着市场不断扩大,保证未来资源供应和成本问题渐渐显出。

  而且,锂电池除了锂之外,还用于另一种稀有金属钴。NTT设施综合研究所的调查表明,利用现行技术生产1辆显电动汽车(EV),约要用于20kg的锂和约40kg的钴。即便把全球的产量都供应给EV,每年生产量的锂只不够700万辆车用于,而钴仅够100万辆车用于。

随着再生能源的普及,如果大型蓄电池的市场需求减少,资源耗尽和价格上涨不可避免。  面临这种情况,政府无法袖手旁观。作为国家的危机管理措施,研发挣脱稀有元素倚赖的技术从2008年开始,日本启动了取名为元素战略项目的全国性研究项目。后锂电池的研发也是项目之一。

  该项目明确提出用钠来替代锂。在元素周期表上,钠就在锂的下方,性质与锂相近。钠仅次于的益处是在海水等资源中含量非常丰富,是取之不尽的元素。  不过,钠离子电池的研发却长年不不受注目。

用钠做到电池,显然权宜之计,尽管材料的性质与锂相近,但材料化学专家之间仍然不存在这种了解。离子电池是利用离子在负极与负极之间的移动展开充放电的。在这个过程中,离子必须流畅地转入负极与负极的材料之间。

钠离子的体积约是锂离子的两倍,很难转入电极材料,按照一般观点,钠离子无法在简单中构建充放电。因此,直到1990年代,研究人员都完全忽略了钠离子电池。

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  然而,日本的研究人员政治宣传了这一固有观念。2009年,随着材料研发的变革,钠离子电池的研发急剧前进。

东京理科大学教授驹场勤一(当时为副教授)的研究小组,通过在负极用于碳系材料,在世界上首先顺利构建了钠离子电池的反复充放电。超越过去10次左右的充放电无限大,研发出有了可以重复使用几百次的电池,为实用化修筑了道路。  以这项研究为契机,全球引发了研究钠离子电池的竞争。

论文数量在2009年之后较慢减少。全球公开发表的论文数量估算是以前的几百倍(驹场教授)。  钠离子电池有三大优点:  一是原料成本低。不仅不用于锂、钴等稀有金属,而且通电的基板可以用于铝,而不是铜。

因为不用于高价材料,所以与锂电池比起,成本最少可以增加1成,成功的话可以增加3成(驹场教授)。  二是可以延用现有的生产工序。钠离子电池的工作机制与锂离子电池完全相同,电池企业的现有生产设备可以必要用来生产钠离子电池。

因为基本不必须设备投资,所以各家企业更容易将其作为替代电池积极开展生产。  东京大学研究生院的山田淳夫教授等人研发的负极的示意图。


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