新型双碳性电池 充电速率为锂电池20倍

    日前，日本Power Japan Plus公司开发出阳极和阴极都是碳材料的双碳性电池（Dual-carbon）技术，称该项技术生产的电池与锂离子电池相比，在同等能量密度条件下，安全性更高，寿命更长，充电速率更快。该双碳性电池被称为瑞登双碳性电池（Ryden dual carbon battery）。

Power Japan Plus公司双碳性电池电池容量与充放电次数的关系图

    双碳性电池（Dual-carbon）也被称之为双石墨电池（dual-graphite）。其在1989年的McCullough和其同事的一篇专利文章中首次提到，之后分别于1994年由Carlin等人以及于2000年由Seel和Dahn等人进行了深入的研究。该双碳性电池的基本工作原理就是电解质中的锂离子不断析出在阳极和阴极上，而相应电解质中的阴离子也不断被吸附到阴极和阳极上。在该双碳性电池放电过程中，阴离子和锂离子同时溶解到电解质中。在Rothermel等人对该双碳性电池技术挑战和机遇的2013年回顾中提到，双碳性电池中的电解质不仅可以作为电荷载体而且还可以充当活性物质。

    Power Japan Plus公司此次推出的双碳性电池技术是在日本九州大学（Kyushu University）Tatsumi Ishihara教授的研究成果上进行的。Power Japan Plus公司表示其将与Tatsumi Ishihara教授以及九州大学继续进行双碳性电池技术的合作研发。

    在2013年，Tatsumi Ishihara教授与其同事针对该双碳性电池技术合作申请了一项专利，专利中通过利用LiPF6电解质盐详细介绍了双碳性电池的充电放电过程。其中具体反应过程如下：

    正极反应：PF6− nC ⇄ Cn(PF6) e−

    负极反应：Li nC e− ⇄ LiCn

    其中→代表充电过程；←代表放电过程

Power Japan Plus公司双碳性电池充放电过程原理图

    该双碳性电池放电容量与正极阴离子存储容量、正极可释放的阴离子容量、负极阳离子存储容量、负极可释放的阳离子容量以及电解质中阴离子和阳离子容量有关；

    为提高该双碳性电池的放电容量，不仅需要提高阳性活性电极材料的容量和阳性活性电极材料的容量，而且还需要提高如锂盐一类的非水溶性电解质的容量。由于在双碳性电池充放电的循环过程中，其电解质离子浓度始终在变化，因此，双碳性电池的电解质必须保证具有足够的电解质盐以保证电解质的导电性能，同时，双碳性电池的电解质还必须保证具有足够的电解质溶剂以确保电解质盐能够在电池充放电过程中始终充分溶解。

    在Tatsumi Ishihara教授与其同事的双碳性电池技术专利中，Tatsumi Ishihara教授指出双碳性电池在充放电过程中，其内部可能会发生锂盐沉淀析出现象。由于锂盐沉淀析出后属于绝缘体，如果锂盐沉淀析出至电极上，那么将导致发生电池能量密度降低等问题。

    Tatsumi Ishihara教授与其科研团队表示，他们针对锂盐在电极上沉淀析出问题已经找到了解决的方法，通过该解决方法不仅可以提高双碳性电池的放电容量，而且还可以提升电池重量能量密度。

    Power Japan Plus公司表示，其双碳性电池单体电池虽然和锂离子材料的电池能量密度相当，但其充放电次数比前者多20次，其充放电次数也达到了3000次。而且，其生产工艺非常简单可以直接由现在的生产设备进行生产，而无需对目前的生产线进行更改。

    Power Japan Plus公司还表示，由于双碳性电池充电速率得到了大幅提升，所以该双碳性电池将很有可能应用到长途型电动汽车上，另外其再生制动效率也将更加高效。因为该双碳性电池可以进行100%放电，所以这进一步延长了电池可用充放电循环的寿命。

    Power Japan Plus公司表示将于今年下半年开始参照目前18650瑞登（Ryden）电池的生产模式进行双碳性电池的生产，其生产基地将采用其冲绳（Okinawa）工厂。至此，Power Japan Plus公司双碳性电池应用范围还将延伸至医疗设备和卫星研发的储能领域。另外，为了进一步满足汽车行业内储能应用，Power Japan Plus公司表示将开设特许经营模式，其可以为现有的电池制造厂商提供关于生产制造瑞登（Ryden）双碳性电池方面的技术支持和专业知识。

美国陆军研究实验室推出的双碳性电池工作原理图