电池对我们来说已经是非常熟悉的事物了，从小型家电、智能手机、笔记本电脑到汽车等各种各样的产品中都装有电池。

但是，说到“全固态电池”，还尚未被人们熟知，全固态电池和我们熟悉的电池有什么不同？为什么“全固态电池”现在受到关注？

本篇文章为日本网络媒体《FOUND》对长年从事于电池研究的金村圣志教授的采访。

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金村圣志

首都大学东京（2020年4月起更名为东京都立大学）研究生院都市环境科学研究科，都市环境科学专业，环境应用化学领域教授。1980年毕业于京都大学工学部工业化学专业，1987年取得京都大学工学博士。1995年就任京都大学大学院工学研究科物质能源化学专业副教授。2002年就任东京都立大学大学院工学研究科应用化学专业教授，2010年就任首都大学东京大学院都市环境科学研究科都市环境科学环分子应用化学领域教授。 2018年开始担任首都大学东京研究生院都市环境科学研究科的都市环境科学专业环境应用化学领域教授。专业领域包括陶瓷化学、电化学、能源化学。

目录

固态电池使用固体作为电解质

改变电池历史的锂离子电池

固态电池使用固体作为电解质

金村圣志（以下称“金村”）：“我的研究最早是从汽车等使用的铅酸电池开始的，之后研究过手表和玩具中使用的纽扣电池，现在主要研究大多数电脑和智能手机上都搭载的锂离子电池，同时还参与全固态电池的研究，像我这样持续研究电池本身的研究者应该是不多的。”

——我们印象中的电池和“全固态电池”有什么不同？

金村：“从大家都熟悉的锰电池（即，干电池）开始说明吧。锰电池使用二氧化锰作为正极，使用锌金属作为负极，中间充满电解质。当负极锌金属与电解质接触时，它会留下电子并溶解在电解质中，留下的电子通过导线流向正极，H⁺离子从水中脱离并进入二氧化锰。在二氧化锰中，电子带有的负电荷和H⁺中和生成H，从而生成MnOOH。当电子像这样被消耗时，锌金属再次溶解在电解质中，产生电子，并在导线中流动。这种流动会产生电能来点亮灯泡或启动玩具。

——“电解质”是什么？

金村：“当某种物质溶于水等液体时，离子物质的结合会解离并分裂成离子。例如，当氯化钠（NaCl）溶于水时会分解成钠阳离子和氯阴离子。这种状态称为电解质。由于这些离子会发生移动，电流得以在物质中流通。纯净的水因其没有离子而不能导电，但电解质却能够导电。”

——迄今为止，电池中都使用过哪些电解质？

金村：“氯化锌、氯化铵水溶液等。也就是说使用了‘水’（水溶液）。由于是液体，所以也被称为‘电解液’”。

——以前的电池放久了会发生漏液。这是指电解液的泄漏吧。

金村：“是的，但是在“固态电池”中就不会发生漏液现象，因为它使用固体作为电解质。”

——不会发生漏液这一点是固态电池的优点吗？

金村：“不，随着电池技术的发展，普通电池的漏液现象也几乎已经不会发生了。固态电池的优点体现在其他方面。”

改变电池历史的锂离子电池

——锂离子电池对电池历史的改变主要体现在哪些方面呢？

金村：“在回答这个问题之前，我先简单介绍一下电池的历史。电池分为两种：一次电池和二次电池。一次电池指干电池等，只能用一次。二次电池是可以充电的电池。以前的汽车用电池和小型家电用镍镉电池（镍氢电池也是二次电池）就属于二次电池。”

——以前的玩具基本上都使用一次电池。

金村：“就像我刚才所说的那样，以前的一次电池和二次电池都使用‘水溶液’作为电解质。但是在1990年左右发生了巨大的变革。锂离子电池诞生了，电解质不再使用水而是使用有机物。”

——智能手机等中使用的都是锂离子电池。

金村：“首先，我来说明一下为什么锂离子电池的电解质使用有机物而不是水。我想大家在中学的理科实验中都做过“水电解”实验，就是水被电解，生成氢气和氧气的实验。

该电解恰好在1.23V下发生，但是，选择不同的材料可以使其在2V下进行。这也是铅酸电池的电压为2V的原因。然而，只要还是使用水溶液作为电解质，电压就不能再升高了。这是因为，当施加更高的电压时，水溶液中的水（H₂O）会被分解为氢气和氧气。正因如此，开始研究使用有机物作为电解质。''

——也就是说，随着锂离子电池的出现，电池可以具有比以前更高的电压了对吗？

金村：“是的。比如说，智能手机通常可以同时运行不同的应用程序，而为了使电池能够供应所需能量，就必须将大量能量存储在一个很小的物体内，能量的多少由“电压×电流”决定，因此电压越高越好。

比如说，如果电压提高1倍，电池的续航也会提高1倍。所以说，锂离子电池是扩大了电池可能性的创新型产品。顺便说一下，开发出锂离子电池的是日本索尼，该公司之后也在持续进行有关锂离子电池的技术开发，现在可以储存的能量已经达到当时的3倍了。”

——随着智能手机的出现，我们的生活发生了惊人的变化，而在背后起支持作用的正是电池。那么，您今后的研究方向是使电池更轻，更小且功能更强大吗？

金村：“没错。首先必须解决的问题是如何提高能量密度（单位体积的能量）。现在，我们研究的全固态电池的目标是实现相当于锂离子电池的2-3倍的能量密度。当然，电池作为商品，必须满足安全性和寿命等各种因素。我们已经逐渐接近实现其商业化。现阶段（2019年5月），我们的目标是在五年内投入实际使用。”

——是不是有非常多的询价？

金村：“前几天，汽车调度APP的Uber联系了我，希望我们能加快开发进程。当我询问理由时，对方回答称‘想把全固态电池用在飞行汽车上。凭借现在的锂电池很难实现让汽车飞上天空。这只是开个玩笑，我们正在进行的是针对此类未来技术的基础研究。”

——飞行汽车大多出现在科幻（SF）世界中，这也是需要依靠电池技术的发展而实现的吧？

金村：“还是让我们回到现实吧。比如说，在无人机等中，当电池的能量密度提高2倍时，飞行距离就可以提高2倍。虽然现在无人机只能飞行15分钟左右，但根据情况也可以飞行45分钟，甚至达到1小时。这样的话，随着固态电池的发展，其使用用途应该会不断扩大。因此，电池的能量密度问题会影响到各种应用程序的开发以及使用方法。”

（文中图片皆来自found.media ）

从大家熟悉的一次性的一次电池到可以充电的二次电池、为现代社会不可或缺的智能手机提供动力的锂离子电池、以及作为能量来源的“电池”等都在不断进化。

明天的文章将揭秘“固态电池”的本质。

（未完待续）

翻译：金滢洁

审校：李涵、贾陆叶

统稿：李淑珊

参考日本报道原文：https://found.media/n/n705ca94d7624

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