克服蓄電池的缺點，減量能量損失——日本東京大學的山田淳夫教授等人組成的研究團隊正在開發防止蓄電池的能量以熱量的形式有效能損失掉的電極材料。這個技術的關鍵在於控制氧原子的功能，抑制發熱，減量能量損失。該技術若能投入實用化，到2030年前後，能量損失比較低的大容量蓄電池有望實施普及。
要想實施日本政府提出的2050年實施二氧化碳（CO2）淨零排放的目標，首先需要實施高性能的蓄電池，因爲需要儲存風力和太陽能等再生能源發電的電力。現在世界各地的大學、大型企業和初創企業都在爭相開發高性能蓄電池。
爲了增加蓄電池的蓄電能，就要增加在電池正負極之間來回行程的金屬離子的數量。蓄電池是隨着離子從正極移動到負極來儲存電力的，增加離子數量，就能提高蓄電池的容量，但正極能容納的離子數量是有限的，這成爲開發蓄電池的一大障礙。
山田教授的研究團隊的着眼點是正極材料中含有的氧。他們認爲，如果氧攜帶的電子也能發揮能量傳輸的作用，則可以大幅增加蓄電池的蓄電能。
研究團隊以前就在考慮這種方法，但利用氧電子的材料存在容易發熱的缺點。失去電子的氧原子的結構會變得不穩定，並與附近的氧原子結合。此時就會發熱，導致儲存的電力流失，成爲實用化的障礙。
研究團隊此次着眼於由鈉、錳和氧組成的「Na2Mn3O7」材料。研究發現，將這種材料作爲蓄電池的正極材料使用時，即便使氧電子具備能量傳輸功能，正極也不會發生氧原子相互結合的情況。
具體來說，充電時鈉和氧會行程到負極，放電時二者則返回正極。在實驗中，以4.23V的電壓充電時，以4.19V的電壓放電，以4.55V的電壓充電時則以4.52V的電壓放電。充電與放電之間的電壓差分別只有0.04V和0.03V，幾乎沒有電力有效能損失。
研究團隊詳細調查新材料的電子狀態發現，其在氧原子釋放電子的「配位孔」狀態下穩定存在。研究團隊認爲，釋放電子的氧和錳相互之間強烈吸引，因此即使釋放電子，氧原子也保持穩定。
由於氧原子不會相互結合，能量不會以熱量的形式流失。輸出的能量增加，因此成了高效率的電極材料。研究團隊的目標是，開發能更有效地防止氧原子相互結合的電極材料。2030年前後有望實施幾乎沒有能量損失的蓄電池。
很多階段都會發生能量損失
將太陽能和風力等發電的電力儲存到蓄電池中時會產生各種有效能損失，發電量與能儲存並實際利用的電能之間存在差異，降低有效能損失的技術非常重要。
太陽能和風力發電產生的是直流電。直流電與乾電池一樣，電壓的大小和電流的方向不會改變。雖然蓄電池能以直流的方式充電，但太陽能和風力產生的電力，電壓往往不穩定。因此，需要使用轉換器來穩定電壓，而使用轉換器會產生5～10％左右的有效能損失。
從蓄電池中放電，在家庭等場所使用時也會產生電力有效能損失。家中的所有家電產品等都是透過插座等獲取交流電等。交流電的電流方向和電壓會發生週期性變化，與蓄電池釋放的直流電完全不同，需要使用逆變器進行轉換，這個程序可能會有效能損失10％左右的電力。
逆變器等的轉化效率因產品而異，但無論使用哪種產品，都會因發熱而有效能損失能量。不僅要降低蓄電池内的有效能損失，還需要提高系統整體的效率，同時建立相應的社會機制。
日文：矢野攝士、《日經產業新聞》、2021年2月28日
中文：JST客觀日本編輯部
