現(xiàn)在,，高輸出功率高能源密度充電電池" title="充電電池">充電電池的代表性產(chǎn)品當屬鋰（Li）離子電池,。從手機等小型電子設備到混合動力車（HEV）和電動汽車（EV）等大型產(chǎn)品，鋰離子電池" title="鋰離子電池">鋰離子電池獲得了廣泛采用,。不僅如此,，鋰離子電池還用于儲存從太陽能發(fā)電和風力發(fā)電等自然能源轉(zhuǎn)換而來的電力，以及用作辦公樓和工廠等的備用電源,。
不過,，鋰離子電池由于使用了可燃性" title="可燃性">可燃性電解液，因此存在著因高溫而熱失控的危險,。從資源角度來看,，鋰的分布南美、中國和澳大利亞等國家和地區(qū)較多,，因此無法消除對穩(wěn)定采購的擔憂,。
將不可燃性熔融鹽作為電解液
我們要制作出高溫也不用擔心引起熱失控，可穩(wěn)定確保資源供應,，而且能源密度高的充電電池……,。住友電氣工業(yè)和京都大學能源科學研究科教授萩原理加等人的研發(fā)小組為這一目標正在開發(fā)的，就是熔融鹽電解液電池這種新型電池（圖1）,。
圖1：住友電氣工業(yè)與京都大學萩原等人共同試制的熔融鹽電解液電池的電池組
電池容量為每節(jié)9kWh,。將其層疊4節(jié)形成36kWh的電池組。
這是一種以鈉（Na）離子（Na＋）在正極和負極間移動而充放電" title="充放電">充放電的充電電池，電解液采用雙(氟磺酰)亞胺鈉（NaFSA）和雙(氟磺酰)亞胺鉀（KFSA）這兩種不可燃性熔融鹽,。據(jù)介紹,，即使由于地震和事故等沖擊致使從外部混入空氣也不會起火，不會因充電過度和電池溫度升高而導致熱失控,。
電解液以外的構(gòu)成部材方面,，負極活性物質(zhì)采用鈉錫（Na-Sn）合金，正極活性物質(zhì)采用亞鉻酸鈉（NaCrO2）,，夾在兩種活性物質(zhì)之間的隔膜（事先含浸了前面提到的熔融鹽）采用玻璃纖維,，集電體采用鋁箔（圖2）＊1。這些部材均為不可燃材料,，而且“由資源豐富的原料制成”（住友電工營業(yè)策劃部新業(yè)務開發(fā)室主任田邊敬一朗）,。作為重要材料的Na大量存在于海水中，資源豐富,。
圖2：新型電池的單元構(gòu)造
電解液采用不可燃性的熔融鹽等,，因全部是由不可燃性材料構(gòu)成，因此無需擔心起火或引起熱失控,。據(jù)稱,，全部采用資源豐富的原料。Na-Sn合金為鈉錫合金,，NaCrO2是亞鉻酸鈉,。
＊1：Na-Sn合金不同于金屬Na,，即使在大氣中接觸到水也可保持穩(wěn)定,，在安全上沒有問題。NaCrO2中鉻以三價的形式存在,，即使充放電也不會形成六價,。
通過混合熔融鹽來降低工作溫度
住友電工和京都大學的研發(fā)小組之所以關(guān)注Na，不僅僅是因為其儲量豐富,。還因為基于Na離子傳導的電池單體的能源密度高,。
但這里存在一個問題。雖然像硫化鈉（NaS）電池那樣利用Na離子傳導的電池此前也有過,，但工作溫度低于100℃就無法使用了,。例如，NaS電池的工作溫度設定為300～350℃,。工作溫度較高，則要達到該溫度就需要大量的能源,，而且防止燒燙傷等安全方面的全方位管理也不可缺少,。反過來說就是，沒有專業(yè)管理人員在場，NaS電池就難以使用,。
該研發(fā)小組已經(jīng)試制出了新型電池,，但是需要可使Na離子在低溫下傳導的鹽。因此該研發(fā)小組開發(fā)出了前面提到的熔融鹽,。這些熔融鹽的融點為57℃,，如果只是放電的話，則Na離子會在57℃以上的溫度下傳導,，如果包括充電在內(nèi),，則Na離子可在80℃以上的溫度下傳導。
據(jù)住友電工電子材料研究所金屬無機材料技術(shù)研究部電氣化學小組組長稻澤信二介紹,，關(guān)鍵是形成NaFSA和KFSA的混合物,。實際上，在各自單獨使用時NaFSA和KFSA的融點分別高達106℃和96℃,。將兩者混合后則融點會下降（圖3）,。稻澤信二介紹說，“Na離子和K離子的大小不同,。將離子半徑大不相同的物質(zhì)混合后,，可以收到降低融點的效果”。通過融點降低,，Na離子還可在低于通常的溫度下傳導,。
圖3：新開發(fā)的熔融鹽
通過混合雙（氟磺酰）亞胺鈉（NaFSA）和雙（氟磺酰）亞胺鉀（KFSA）兩種不可燃性鹽，實現(xiàn)了融點降低,。
有助于減小電池組尺寸
試制的新型電池的工作溫度范圍為57～190℃,。不過，據(jù)稻澤介紹,，通常會在80～90℃（最佳溫度為90℃）下工作,。在這種溫度下，NaFSA和KFSA會熔融,，如水般順利流動,，并分離為Na離子、K離子以及FSA離子,。在57℃時,，會比較粘稠，因此Na離子難以移動,。
充電時Na離子會從正極的NaCrO2溶出,，移向負極。反之放電時Na離子從負極的Na-Sn合金溶出,，移向正極,。由于Na離子單獨存在,、可在電極間移動，因此無需溶解Na離子的溶劑,。而在鋰離子電池中,，由于鋰離子與作為溶劑的碳酸二乙酯（DEC）緊貼在一起，形成所謂溶化劑在電解質(zhì)中移動,，因此需要溶劑,。
住友電工利用試制的新型電池制成了容量為每節(jié)9kWh、由4節(jié)構(gòu)成的36kWh電池組,，并設置在該公司的大阪制作所實施了現(xiàn)場測試,。通過過充電等，調(diào)查了該電池的各種特性,。
將新型電池制成電池組時的體積,，按照住友電工的推算，約為該容量（36kWh）鋰離子電池組的一半,、是該容量NAS電池組的1/4左右,。與鋰離子電池的電池組不同，新型電池無需散熱空間,，可高密度配置,，而且只需要簡單的冷卻裝置即可，因此可以小型化,。冷卻裝置是防備電池組周圍因火災等而起火時的應急對策,。因溫度超過190℃熔融鹽會分解并產(chǎn)生氣體，冷卻裝置的安裝是為防止出現(xiàn)這種情況,。電池本身的能源密度高達290Wh/L,。
新型電池的實用化目標時期為2015年。今后,，住友電工計劃將其用于中等規(guī)模電網(wǎng)和家庭等的電力儲存用途,，以及包括卡車和巴士等車載用途在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域，將在反復評測和改良該電池的同時,，尋找能在更低溫度下工作的熔融鹽＊2,。確立生產(chǎn)技術(shù)、著眼于標準化改進構(gòu)造將是今后的探討課題,。
?。?：為了面向MWh級別的大容量用途，住友電工正在推進開發(fā)其他的電池（氧化還原液流電池）,。熔融鹽電解液電池還存在量產(chǎn)課題,，因此目前難以實現(xiàn)大容量化。氧化還原液流電池是利用釩（V）等離子的氧化還原反應充放電的充電電池,。適于不規(guī)則且變化劇烈的充放電,，而且可以準確地監(jiān)測和控制蓄電量,，因此適合用于太陽能發(fā)電和風力發(fā)電的蓄電用途。
新型電池無法全面代替鋰離子電池,。但，這種電池實現(xiàn)實用化后,，可以分散電池所需要的資源,，并提高電池的安全性。這是一項有助于構(gòu)筑可持續(xù)發(fā)展社會的技術(shù),。