Zempach Ogumi：RISING and RISING2計(jì)劃創(chuàng)新電池進(jìn)展
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)展覽會(huì)在深圳會(huì)展中心開幕。日本京都大學(xué)Zempach Ogumi教授在技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
我主要是想和大家討論一下日本RISING和RISING2，這是由日本政府提出的，面向創(chuàng)新的下一代電池的研究。RISING是這個(gè)項(xiàng)目的簡(jiǎn)稱。
看一下我們的RISING電池項(xiàng)目，它是由京都大學(xué)的三家公司共同進(jìn)行相關(guān)的研究，我們當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是將電池的表現(xiàn)達(dá)到300WH/KG。為了能夠達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我們發(fā)明了這種新的技術(shù)，達(dá)到這么高的能量密度，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)在鋰電池上進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)了。因?yàn)榧夹g(shù)發(fā)展是非常重要的。
這是RISING項(xiàng)目組的構(gòu)成，我是項(xiàng)目管理人。我們還有其他的研究員，副的領(lǐng)導(dǎo)人，另外還有其他的這種成員負(fù)責(zé)創(chuàng)新電池的研究。
我們想和行業(yè)更緊密的合作，行業(yè)和我們說，我們有什么樣的需求，我們就進(jìn)行共同的研究，在京都大學(xué)層面進(jìn)行共同的產(chǎn)業(yè)和學(xué)校方面的研究。這個(gè)項(xiàng)目是覆蓋全日本的。
這是我們的簡(jiǎn)單計(jì)劃，可以看到我們從2009年開始，我們也是在一直不斷發(fā)展，大概有30年的發(fā)展計(jì)劃，我們現(xiàn)在已經(jīng)投入了大概有2億的規(guī)模。我們希望去開發(fā)比較高端的先進(jìn)的技術(shù)，這是第一階段。第二階段，我們希望使用這些鋰電池的技術(shù)，然后不斷的把技術(shù)進(jìn)行細(xì)化、進(jìn)行優(yōu)化。第三階段，我們想要有創(chuàng)新式的鋰電池建設(shè)生產(chǎn)，我們希望在2015年做成，還會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展，后續(xù)的發(fā)展目標(biāo)還沒有列出來。
接下來，我們可以看一下RISING2項(xiàng)目，也是差不多的。第一階段，達(dá)到500WH/KG的目標(biāo)。我知道這個(gè)目標(biāo)對(duì)我們而言也是困難重重、挑戰(zhàn)重重的目標(biāo)。這是我們的組織架構(gòu)，有一個(gè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，還有三位其他主要領(lǐng)域的負(fù)責(zé)人。負(fù)極電池組是由安倍（音）教授領(lǐng)導(dǎo)的，正極是由撒卡阿比（音）教授領(lǐng)導(dǎo)的，還有相關(guān)的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)是由復(fù)可里嘎（音）教授引導(dǎo)負(fù)責(zé)的。
總結(jié)兩個(gè)項(xiàng)目的分析技術(shù)，先進(jìn)性的表現(xiàn)方面，我們當(dāng)然會(huì)有不同的目標(biāo)，對(duì)于電池而言需要有儲(chǔ)能的需求，還有動(dòng)力的需求，而RISING2項(xiàng)目，我們希望有新的相關(guān)技術(shù)能夠?yàn)閯?chuàng)新電池奠定技術(shù)的基礎(chǔ)。
我給大家介紹一些我們研究的例子。
這個(gè)圖比較簡(jiǎn)單，正極、負(fù)極、電解液，但是鋰離子實(shí)際上比我們理論上看到的復(fù)雜得多，我們需要不斷提升技術(shù)的水平。我們需要有創(chuàng)新技術(shù)的支持能夠提升鋰離子電池的表現(xiàn)性能。
這是我們做的鈷酸鋰檢測(cè)的例子，它對(duì)外界環(huán)境非常敏感，我們準(zhǔn)備了非常薄，也是非常靈活的X射線，含氟射線，也是非常低角度的。我們看到反射的情況，可以進(jìn)行反射數(shù)的監(jiān)測(cè)。接下來可以看到鈷酸鋰表面的變化，如果你進(jìn)入表面之后，你可以看到光譜變化。鈷減少了，它的接觸反應(yīng)減少了。底部，鈷的含量、價(jià)位的變化，這是可以理解的。因?yàn)殁挵l(fā)生了還原反應(yīng)，從三價(jià)的鈷變成二價(jià)的鈷，這樣的反應(yīng)只是在表面的反應(yīng)。這種層狀的材料，只能是在電解液當(dāng)中表面使用，但是你可以用還原的反應(yīng)在某些范圍中阻止還原反應(yīng)。因?yàn)樗皇前l(fā)生在表面。你還可以用負(fù)極的材料，我覺得這是非常好的發(fā)現(xiàn)，我們?nèi)绾卫眠@些材料。我們可以考慮怎么來將這些材料進(jìn)行更好的研究。
我們用的研究方法是用X光的掃描，X射線會(huì)進(jìn)行衍射，衍射之后可以看到它的衍射數(shù)是什么樣的。我們會(huì)得到一個(gè)非常高的空間和具有深度的X射線，在我們的例子當(dāng)中，我們有復(fù)合電解液，可以用ABCD四層進(jìn)行X射線的研究。在放電過程中的測(cè)試情況，這是氧化鈷，不同的倍率孔隙的變化、倍率的變化。藍(lán)色的線是隔膜。這就沒有出現(xiàn)孔隙的情況。這是0.1C、0.5C、1C進(jìn)行比較的情況下，這是正極的情況。負(fù)荷發(fā)生變化，組成情況發(fā)生變化，上面的表出現(xiàn)孔隙20%，下面的表是空隙30%，左邊我們看到放電，它的孔隙率應(yīng)該算是比較高了。然后它的容量變得更小。這是比較小的放電情況。分布情況變得更加均勻，根據(jù)不同的位置，孔隙不同的分布情況。
在1C倍率的情況下的反應(yīng)分布，在2C情況下孔隙率是20%，在1C的情況下孔隙率變得更高，是30%，我們和0.4時(shí)候的孔隙率進(jìn)行比較，我們要注意復(fù)合的材料情況以及孔隙分布的情況。我們的同事談到一些鋅的材料，這是一種創(chuàng)新型的材料，比如說鋅空電池有很高的能源密度，安全性很好。我們調(diào)查了這些鋅電池的情況，縱軸電壓的變化，有很高的體積容量，還有低電壓大概是在1.5V，用的是業(yè)態(tài)的水電解質(zhì)，鋅是很好的負(fù)極活性材料之一，這點(diǎn)非常重要。作為液態(tài)材料來說，是非常好，它的比密度會(huì)比較高。接下來是鋅的負(fù)極問題，存在二極電池中的問題。總共有三個(gè)問題，一個(gè)是層級(jí)問題，然后是資金增長(zhǎng)，其實(shí)它就是比較大的問題，然后密度在加厚，這是鋅層級(jí)的行為。
氧化過后，在有PG和沒有PG過后鋅層級(jí)的行為，這是通過光的觀察，是2000倍的速度。左邊的PG和右邊的PG情況下，大家可以看到這里進(jìn)行了光學(xué)觀察，我們?cè)黾恿艘恍┎牧希@個(gè)平面變得更加平滑。PG濃度的效果，低濃度的添加展示出沒有效果，展示出體積的效果，它和吸收的效果相比。資金的情況，0.1MPG，沒有資金的情況是3.6MPG，這是有濃度不同的結(jié)果。循環(huán)壽命的測(cè)試，添加的PG，很大的增加循環(huán)壽命。
鋰硫電池，這是非常吸引人的電池，它也有一些問題，硫充放電的機(jī)制在有機(jī)的電解液中，我們可以看一下硫的密度和兩個(gè)電極的反應(yīng)，這是多硫化合物的反應(yīng)，我們可以看一下這是電解液的顏色，是二甲醚加上DOL，再循環(huán)使用金屬的硫化物以后，我們采取了固化VIS進(jìn)行光譜分析。這里有一個(gè)二氧化鈦，這是首放圖，在四硫化鈦、AB復(fù)合材料中的不同情況。極流體，是鋁網(wǎng)格。這是氟元素的電池，在制備過程中也存在一些問題，在它的負(fù)極當(dāng)中存在著一些問題。低容量，還有進(jìn)行氟化和非氟化的處理。特別是充電過程中的制備，接下來是薄膜銅板的電池，我們可以看銅的正極和PT的極硫器（音），還有鉛薄、LaF3。它有不同的層，這是薄膜LaF3還有銅的充放電情況，這是不同溫度下的充放電情況，150度到80度，它有容量的下降。平均溫度是50攝氏度，它有高的容量，容量保持率是30個(gè)循環(huán)周期，可以達(dá)到76%，這是它的循環(huán)是在80度。我們可以達(dá)到比較高的能量密度。
這是RISING第一代和RISING第二代的項(xiàng)目，這是屬于我們項(xiàng)目成員組的成員。謝謝大家的聆聽！
主持人：非常感謝Zempach Ogumi教授給我們提供非常好的素材。有什么問題嗎？Zempach Ogumi先生，您剛才說新的層級(jí)，它是一種液體的電解質(zhì)，是鋅的層級(jí)的問題嗎，您有具體的觀察嗎？你進(jìn)行了再充、進(jìn)行了鋅空電池的再充？
Zempach Ogumi：在循環(huán)中我們進(jìn)行了觀察，我們觀察了它正極的變化。但是這方面還是存在著一定的問題。
提問：我想問資金抑制的情況，PG。
Zempach Ogumi：這是丙烯的一種復(fù)合材料，PG的一些材料。我們可以把它變成復(fù)合物，高分子復(fù)合物，高分子材料。我們可以加一些水。
提問：加添加劑的話，會(huì)抑制資金的增長(zhǎng)嗎，會(huì)不會(huì)對(duì)正極產(chǎn)生影響？它的功能是抑制了資金的增長(zhǎng)。
Zempach Ogumi：之前我們做了一些工作，確實(shí)有人這樣說。確實(shí)以前會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，這種鋅在水當(dāng)中可融，我們考慮降低這個(gè)水，降低水的活動(dòng)和活性，包括鋅的濃度被抑制。比如說像水就是降低到40%，這樣可以得到比較好的循環(huán)。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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