力爭達(dá)到500Wh/kg

還有看法認(rèn)為，EV要想趕上當(dāng)前的汽油車，使行駛距離達(dá)到500公里以上，才能真正進(jìn)入EV時代，此時電池單元的能量密度要提高到500Wh/kg以上。這就需要采用新的電池構(gòu)造。比方說爭取使用金屬鋰（Li）和硫（S）等大容量電極材料，但傳統(tǒng)的電解液存在的課題眾多，因此，使用固體電解質(zhì)的全固體電池成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。

在基礎(chǔ)研究中，與只有1個電子活動的1價鋰離子相比，使用擁有2個電子的鎂（Mg）、鋁（Al）、鈣（Ca）的多價陽離子電池更加活躍。除此之外，這些金屬材料的儲量豐富。不同于鋰電池，可以使用鐵類正極材料的鈉離子充電電池的研發(fā)也熱氣騰騰。

燃料電池：不脫鉑就無法普及，著眼于穩(wěn)定性好的氧化物催化劑

“填充3分鐘的氫氣可以行駛500公里以上。實(shí)現(xiàn)了與汽油車相同的易用性”——在豐田負(fù)責(zé)開發(fā)FCV的田中義和（該公司產(chǎn)品策劃本部ZF主查）自豪地說。在他的面前，是該公司在“第43屆東京車展2013”上全球首發(fā)的概念車“TOYOTA FCV CONCEPT”。

但這款車與汽油車相比，存在著一個決定性的差異。那就是價格。大部分觀點(diǎn)都認(rèn)為，豐田2015年推出的車輛售價屆時將“超過500萬日元”。

成本高的原因之一是燃料電池組使用的鉑催化劑。到2015年，1輛FCV估計(jì)將使用50～100g鉑。到FCV正式進(jìn)入普及期的“2025年前后”（本田高管），汽車企業(yè)必須大幅減少鉑的使用量。

不只是成本，從風(fēng)險管理的角度出發(fā)，也需要減少鉑的使用量。因?yàn)殂K的儲量9成在南非（圖3），而南非礦石的鉑含量正在逐年遞減。

圖3：鉑儲量集中在南非 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，鉑的年供應(yīng)量約7成來自南非。全球儲量的9成位于南非。（圖：《日經(jīng)電子》根據(jù)Johnson Matthey的資料制作）

在降低燃料電池組鉑使用量的研究中，與其他金屬制成合金提高鉑催化劑的活性、使用鉑包覆貴金屬和賤金屬的“核殼催化劑”的開發(fā)進(jìn)展顯著。但要想從根本上解決問題，“只有‘脫鉑’一條路可走”（橫濱國立大學(xué)研究生院工學(xué)研究院綠氫研究中心主任太田健一郎）。

FCV配備的PEFC（固體高分子形燃料電池）要在低于100℃的低溫下工作，反應(yīng)速度很慢。因此，必須使用鉑催化劑，促進(jìn)空氣電極的氧化還原反應(yīng)（ORR：oxygen reduction reaction）。過去的研究一直把思路放在尋找ORR活性大的材料上面。

但太田的研究小組轉(zhuǎn)換方針，開始尋找化學(xué)穩(wěn)定性高的材料。經(jīng)過不懈地探索，他們發(fā)現(xiàn)，第四和第五周期的過渡金屬氧化物穩(wěn)定性高（圖4）。氮氧化鉭（TaON）和氮氧化鋯（ZrON）在酸性電解液中的溶解度不到鉑的10分之1，而且，在長時間浸泡后，ORR活性也沒有改變。

圖4：放眼穩(wěn)定性尋找材料 日本橫濱國立大學(xué)的太田等人把目光投向了穩(wěn)定性超過鉑的材料（a）。候選材料的儲量均大于鉑（b）。制作的氧化物類催化劑的電流密度在4年間提高到了原來的1000倍（c）。（圖：《日經(jīng)電子》根據(jù)橫濱國立大學(xué)研究生院工學(xué)研究院綠氫研究中心的資料制作）

最新成果顯示，鋯氧化物類催化劑（Zr-CNO（Pc））具有高ORR活性（圖4（c））。這種催化劑以ZrOPc為起始原料，使用多層碳納米管（MWCNT），同時滿足了導(dǎo)電體和載體的作用。

目前的電流密度“約為鉑的1/10～1/50左右”（太田）。但是，“目前有不少方法可以提高鋯和鉭等氧化物類催化劑的ORR活性”（太田）。該研究小組將力爭從2017年開始提供樣品，在2025年前后將其應(yīng)用于FCV。