第八屆亞洲化學(xué)電源會(huì)議

賈旭平

第八屆亞洲化學(xué)電源會(huì)議于2015年8月21-25日在中國(guó)昆明召開(kāi)，由個(gè)舊圣比和實(shí)業(yè)有限公司主辦，復(fù)旦大學(xué)協(xié)辦，會(huì)議主席為個(gè)舊圣比和實(shí)業(yè)有限公司張平偉博士和上海復(fù)旦大學(xué)夏永姚教授。會(huì)議共收到論文170份，除開(kāi)幕式大會(huì)外，分三個(gè)會(huì)場(chǎng)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(jìn)行了交流討論，會(huì)議分口頭報(bào)告和墻報(bào)兩部分。

大會(huì)報(bào)告

會(huì)議開(kāi)幕式后隨即安排了三個(gè)大會(huì)特邀報(bào)告，分別由日本同志社大學(xué)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(guó)Seung Mo Oh教授介紹了硅基材料的失效機(jī)理分析以及中國(guó)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(xué)的Minoru Inaba教授的報(bào)告

該報(bào)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(kāi)采40年、天然氣70年、作為原子能發(fā)電的鈾可供開(kāi)采70年，最豐富的煤資源也只能開(kāi)采230年。同時(shí)，國(guó)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(yáng)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(guò)燃料電池發(fā)電將氫再回復(fù)到水的閉式循環(huán)，被認(rèn)為是未來(lái)氫能時(shí)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(kāi)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(jià)為7 233 600日元，政府補(bǔ)貼2 000 000日元。目前日本加氫站有100個(gè)、2020年預(yù)計(jì)達(dá)1 000個(gè)、2030年預(yù)計(jì)達(dá)到5 000個(gè)。

(2)一種固定型共發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)入日本家庭

2009年開(kāi)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(lái)，累計(jì)供應(yīng)量達(dá)到10萬(wàn)套。其中技術(shù)水平進(jìn)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(shí)；2015年可達(dá)95%和70 000小時(shí)。同時(shí)一套1 kW 系統(tǒng)的價(jià)格也從原先的330萬(wàn)日元降至160萬(wàn)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(guò)Cu單分子層欠電位沉積，然后再用Pt置換出來(lái)，但是這種方法不適用規(guī)模生產(chǎn)。Inaba團(tuán)隊(duì)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(guó)Seung Mo Oh教授的報(bào)告

該報(bào)告揭示了硅基材料的衰減機(jī)理：

(1)碳包覆SiO負(fù)極

隨著循環(huán)的進(jìn)行，電極因體積發(fā)生變化造成開(kāi)裂，導(dǎo)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(dá)到最大。在重復(fù)循環(huán)時(shí)，SiO衰變使阻抗增大和鋰損失掉。這就是SiO電極的衰退機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，采用LiBOB添加劑可以延緩衰退。

(2)硅的粒度尺寸對(duì)不可逆反應(yīng)有影響

對(duì)于大尺度粒子的硅電極，鋰損失是主要衰減來(lái)源，它超過(guò)了電解質(zhì)分解的貢獻(xiàn)。相反，采用納米級(jí)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(lái)源。

3 中科院物理所李泓博士的報(bào)告

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

(1)計(jì)劃期限：2013-2018；

(2)主要目標(biāo)設(shè)定：200Wh/kg，2015年；300Wh/kg，2018年；

(3)參加單位與人員：12個(gè)中科院研究所和22位學(xué)術(shù)帶頭人；

(4)主要研究對(duì)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(shè)備制造與兩個(gè)分析平臺(tái)創(chuàng)建等；

(5)主要進(jìn)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(fù)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(dá)到240Wh/kg，展示了良好的發(fā)展前景等等。

分會(huì)報(bào)告

中國(guó)電子科技集團(tuán)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(bào)告。報(bào)告中指出，為提高電池的比能量，開(kāi)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(diǎn)陣的s-LNMO具有非常高的比容量，達(dá)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(zhǎng)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(jià)二次電池體系是學(xué)術(shù)界/產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的另一熱點(diǎn)。其中，武漢大學(xué)的曹玉良教授系統(tǒng)地研究了鈉離子正負(fù)極材料的合成方法及電性能，其制備的硬碳負(fù)極材料比容量達(dá)到280 m Ah/g以上，非晶磷的比容量高達(dá)1 750 m Ah/g。作為鈉離子電池正極材料，在傳統(tǒng)過(guò)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(dá)120 m Ah/g；日本東京理工大學(xué)的Komaba教授小組報(bào)告了P2和P3型Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2材料的充放電機(jī)理，其中P2型放電比容量達(dá)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(xué)電容器以其高比功率、長(zhǎng)壽命、高安全性等特征廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力、車啟?；厥漳芰懊}沖輸出、風(fēng)力發(fā)電和備用電源。本次，日本東京農(nóng)工大學(xué)的直井教授報(bào)告了最新研發(fā)成果。直井教授以鈦酸鋰與碳納米管的復(fù)合納米材料為基礎(chǔ)，制備出了高能電化學(xué)電容器，其比能量達(dá)到21 Wh/kg，比功率達(dá)到11 kW/kg。

關(guān)于亞洲化學(xué)電源會(huì)議

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