「電池の正極材料は高ニッケル化、コバルトフリー、単結晶化に発展している。電解質材料では、固体化電解質が現在の主な研究方向である」。4月28日、四川省射洪市で開催された2022「リチウム電の都」産業生態及びサプライチェーン大会で、中国工程院院士、北京理工大学エネルギーと環境材料学科首席教授の呉鋒氏は新型緑色二次電池とその肝心な材料に対する研究と展望を分かち合った。
呉鋒氏によると、北理工科学研究チームは反応の構築、界面の強化、枝結晶の成長抑制などの対策を通じて、リチウム硫黄(Li-S)電池のエネルギー密度が651 Wh/kgに達した。この高性能リチウム硫黄電池触媒材料に関する研究成果は今年4月、材料類トップクラスの国際定期刊行物「先進材料」に掲載された。
現在、リチウムイオン電池のエネルギー密度は約260ワット/kgである。リチウム硫黄電池はリチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を有し、コストが低く、環境保護性が強いが、倍率性能、サイクル寿命、安全性が低いため、商業化まで一定の距離がある。
次世代リチウムイオン電池の開発において、リチウムイオン電池の限界エネルギー密度を突破するため、北理工科学研究チームは高容量正極材料研究に陰陽イオン協同電荷補償を導入し、従来のリチウムイオン電池の単電子反応から多電子反応に移行した。呉鋒氏によると、科学研究チームはエネルギー密度と高出力密度を兼ね備えた電池の新しいシステムを研究し、電極表面構造と界面機能のコントロールを通じて電池の機能特性を向上させた。
新材料電池の面では、北理工科学研究チームが研究したアルミニウムイオン正極材料の比容量が1グラム当たり467ミリアンペアに達すると、アルミニウムイオン電池のエネルギー密度の向上に材料の基礎を提供した。また、呉鋒氏は、現在、ナトリウムイオン電池は新しい原料源を広げており、その原料が豊富で、分布が広範であるため、一定のコスト優位性と発展潜在力を持っていると考えている。
電池の安全性の面では、北理工科学研究チームは電極反応の制御と切断の基盤ステップから着手し、温度敏感電極、セラミック高強ダイヤフラム、安全電解質などの安全性材料を発明した。呉鋒氏によると、チームが開発した次世代ゲル固体電解質は安全性が大幅に向上し、1300度の高温で60秒不燃を維持できるようになった。
また,呉鋒は電池システムのシミュレーションからデジタルへの革新を展望した。彼は「我々はスマートバッテリーとスマートバッテリーシステムを開発しており、半導体の技術を採用してバッテリーを製造している。未来のチップはバッテリー内部に入り、スマートバッテリーの出現はバッテリーシステムの構造を覆し、動力バッテリーの安全性をさらに向上させ、新エネルギー自動車のスマート化の重要な一環となる」と述べた。
呉鋒氏は、材料革新、技術突破、生産能力、コストは China Shipbuilding Industry Group Power Co.Ltd(600482) 電池企業が現在直面している共通の課題だと指摘した。
現在、中国は世界でリチウム電池の生産販売台数が最も高い国となっている。2021年の世界の動力電池の搭載量は前年同期比102%増加し、中国の電池企業の総搭載量は連続して世界トップを維持した。会議で発表された「中国リチウム電気産業発展指数白書」によると、2025年までに、中国のリチウム電池の全体市場規模は865 GWhに達すると予想されている。
「二重炭素」の目標を実現する過程で、新型二次電池は国際的に現在研究開発のホットスポットであり、米国、EU、日本、韓国などの先進国は相次いで高性能電池戦略発展計画を提出した。「先進国の特許障壁は首を引っ張るリスクをもたらす可能性があり、高性能電池の核心技術が自主的に制御できることを保証する必要がある」。呉鋒は言った。
呉鋒院士は長期にわたって新型二次電池と関連エネルギー材料の研究開発に従事し、率先して軽元素、多電子、多イオン反応システムを採用して電池エネルギー密度の飛躍的な向上を実現する学術思想を提出し、高比エネルギー二次電池の新しいシステムと肝心な材料を開発した。前世紀80年代末から、呉鋒院士は国家863ハイテク計画の第一責任専門家を務め、中国でリチウム電池の重要な材料、新型水素貯蔵材料、ニッケル水素電池とリチウムイオン電池の研究開発を率先して組織し、指導した。
呉鋒院士はリチウム含有水素貯蔵合金とその製造方法を発明し、国外の水素貯蔵合金に対する特許独占を打破し、中国初のニッケル水素電池中試験基地の創設を主宰し、産業化の肝心な技術集積を実現し、中国初のニッケル水素電池自動化モデル生産ラインを設計・建設した。ニッケル水素動力電池シリーズを開発し、複数のハイブリッド自動車への応用に成功した。
