第八屆亞洲化學電源會議

賈旭平

第八屆亞洲化學電源會議于2015年8月21-25日在中國昆明召開，由個舊圣比和實業(yè)有限公司主辦，復旦大學協(xié)辦，會議主席為個舊圣比和實業(yè)有限公司張平偉博士和上海復旦大學夏永姚教授。會議共收到論文170份，除開幕式大會外，分三個會場分別就材料及鋰離子電池、電池要素及新體系，燃料電池及電容器等進行了交流討論，會議分口頭報告和墻報兩部分。

大會報告

會議開幕式后隨即安排了三個大會特邀報告，分別由日本同志社大學的Minoru Inaba教授介紹了聚合物電解質(zhì)燃料電池用高效催化劑的殼核結(jié)構(gòu)Pt材料、韓國Seung Mo Oh教授介紹了硅基材料的失效機理分析以及中國李泓研究員介紹中科院物理所和中科院研究所高能量密度電池的研究成果。

1 日本同志社大學的Minoru Inaba教授的報告

該報告涉及三方面內(nèi)容：

(1)為何發(fā)展燃料電池

Inaba教授的分析指出，世界上的石油資源可供開采40年、天然氣70年、作為原子能發(fā)電的鈾可供開采70年，最豐富的煤資源也只能開采230年。同時，國際上要求減排呼聲高漲，到2030年，日本要求2030年減排(CO2)26%。因此，日本也極其關(guān)注太陽能等可再生能源的利用。借此利用再生能源電解水得到氫氣，通過燃料電池發(fā)電將氫再回復到水的閉式循環(huán)，被認為是未來氫能時代的特征。由此，日本政府以及各大汽車企業(yè)一直支持氫燃料電池技術(shù)開發(fā)。日本豐田公司于2014年12月15日宣告其燃料電池轎車“Mirai” 生產(chǎn)入市。鑒于高壓氫瓶的發(fā)展(70 MPa、122.4 L)，一次裝滿氫需3 min，可以使燃料電池轎車行駛650 km。該車定價為7 233 600日元，政府補貼2 000 000日元。目前日本加氫站有100個、2020年預計達1 000個、2030年預計達到5 000個。

(2)一種固定型共發(fā)電系統(tǒng)進入日本家庭

2009年開始，日本已經(jīng)推出一種共發(fā)電系統(tǒng)，它是由天然氣作燃料，經(jīng)由重整轉(zhuǎn)化成氫源，提供給燃料電池發(fā)電：城市煤氣→H2→PEFC→電加熱(熱水)，供家庭使用

2009年以來，累計供應量達到10萬套。其中技術(shù)水平進步表現(xiàn)在轉(zhuǎn)換效率和使用壽命，2009年轉(zhuǎn)換效率 (熱加電)只有80%，壽命40 000小時；2015年可達95%和70 000小時。同時一套1 kW 系統(tǒng)的價格也從原先的330萬日元降至160萬日元。

(3)催化劑載量如何降低

催化劑Pt/Pd/C制備的傳統(tǒng)方法是采用通過Cu單分子層欠電位沉積，然后再用Pt置換出來，但是這種方法不適用規(guī)模生產(chǎn)。Inaba團隊研究出一種新的方法，稱之為平衡電位法，并制備出殼核結(jié)構(gòu)的Pt/Pd/催化劑，在大大提高了催化活性和保持耐久性的前提下，載量可以降低。

2 韓國Seung Mo Oh教授的報告

該報告揭示了硅基材料的衰減機理：

(1)碳包覆SiO負極

隨著循環(huán)的進行，電極因體積發(fā)生變化造成開裂，導致表面積增大和電池內(nèi)阻降低。隨著SiO中嵌入的鋰量的增大，一直到形成最大量的富鋰晶體Li15Si4相，其體積變化也達到最大。在重復循環(huán)時，SiO衰變使阻抗增大和鋰損失掉。這就是SiO電極的衰退機理。實驗表明，采用LiBOB添加劑可以延緩衰退。

(2)硅的粒度尺寸對不可逆反應有影響

對于大尺度粒子的硅電極，鋰損失是主要衰減來源，它超過了電解質(zhì)分解的貢獻。相反，采用納米級硅電極，由于極大的表面積，致使電解質(zhì)分解成為主要衰減來源。

3 中科院物理所李泓博士的報告

該報告宣介了“中科院的戰(zhàn)略前沿研究五年計劃(SPRP)”的主要進展與成果。

(1)計劃期限：2013-2018；

(2)主要目標設定：200Wh/kg，2015年；300Wh/kg，2018年；

(3)參加單位與人員：12個中科院研究所和22位學術(shù)帶頭人；

(4)主要研究對象：材料、電池、電池組與系統(tǒng)；涉及鋰離子電池、全固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等；還包括設備制造與兩個分析平臺創(chuàng)建等；

(5)主要進展：物理所LMO2表面包覆層研究促使提高電壓下提升比容量、碳/硅結(jié)構(gòu)負極等；青島所聚合物電解質(zhì)及電池演示；寧波材料所制備的8 Ah軟包裝硫化物固體電解質(zhì)鋰電池的比能量達到240Wh/kg，展示了良好的發(fā)展前景等等。

分會報告

中國電子科技集團公司第十八研究所劉興江博士作了“新型鋰電池關(guān)鍵材料”的報告。報告中指出，為提高電池的比能量，開發(fā)高壓正極材料和高比容量電極材料成為非常重要的技術(shù)途徑。采用固態(tài)法制備出了尖晶石-LiNi0.5Mn1.5O4(s-LNMO)和LiMnPO4高壓正極材料。其中混合了Fd3m和P4332空間點陣的s-LNMO具有非常高的比容量，達140 m Ah/g，且在55℃下具有較好的充放電循環(huán)性能。電解質(zhì)是金屬鋰電池的關(guān)鍵材料，包括鋰硫電池和其它鋰蓄電池。固態(tài)電解質(zhì)有助于維持鋰在水性溶液中的穩(wěn)定性，并且能提高鋰硫電池中硫的利用率和循環(huán)性能。另外，固態(tài)電解質(zhì)也是高安全性和長壽命固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵材料。

鈉離子、鎂離子、鋁離子電池作為廉價二次電池體系是學術(shù)界/產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的另一熱點。其中，武漢大學的曹玉良教授系統(tǒng)地研究了鈉離子正負極材料的合成方法及電性能，其制備的硬碳負極材料比容量達到280 m Ah/g以上，非晶磷的比容量高達1 750 m Ah/g。作為鈉離子電池正極材料，在傳統(tǒng)過渡金屬氧化物及聚陰離子材料以外，發(fā)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)Na3Ni2SbO6比容量高達120 m Ah/g；日本東京理工大學的Komaba教授小組報告了P2和P3型Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2材料的充放電機理，其中P2型放電比容量達到160 m Ah/g，顯示了較高的比容量和較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

電化學電容器以其高比功率、長壽命、高安全性等特征廣泛應用于混合動力、車啟停回收能力及脈沖輸出、風力發(fā)電和備用電源。本次，日本東京農(nóng)工大學的直井教授報告了最新研發(fā)成果。直井教授以鈦酸鋰與碳納米管的復合納米材料為基礎，制備出了高能電化學電容器，其比能量達到21 Wh/kg，比功率達到11 kW/kg。

關(guān)于亞洲化學電源會議

亞洲化學電源會議是有關(guān)化學電源前沿基礎和應用技術(shù)的國際性會議，主要為亞洲化學電源同行就鋰離子電池，電化學電容器、燃料電池及新型儲能體系領(lǐng)域的前沿基礎和應用技術(shù)的最新進展提供一個交流和討論的平臺。第一次會議于2006年在日本成功召開。第二屆在中國上海召開，之后分別在韓國(2008)、中國臺灣地區(qū)(2009)、新加坡(2010)、印度(2012)和日本(2013)召開。