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氟离子电池作为下一代电池的潜在竞争者，其发展正受到越来越多的关注。日本丰田和本田、德国亥姆霍兹-乌尔姆研究所、美国国家航空航天局喷气推进实验室和中国一些大学等机构已经启动了相关研究。

氟离子电池的研发还处于极早期阶段，进入应用还需要克服许多问题。然而，氟离子电池具有巨大的潜力，未来可能取代锂离子电池成为主流电池，尤其是室温全固态氟离子电池，一旦技术成熟，可能取代锂电池行业的锂离子电池。

 

氟离子电池的四大优势

在下一代电池的众多方向中，氟离子电池由于近年来的一系列研究突破而备受关注。它的工作原理与目前广泛使用的锂离子电池类似，即氟离子通过在正负电极之间穿梭来储存能量。专家认为，氟离子电池在能量密度、安全性、原材料供应和成本四个方面比锂离子电池具有显著优势。

追求更高的能量密度是可充电电池研发的一个重要目标，因为这意味着更大的储能容量。资料显示，全固态氟离子电池的理论能量密度可接近每升5000瓦时，是锂离子电池理论极限的8倍。中国科学技术大学教授介绍，氟离子电池使用氟化铜、氟化钙等化合物作为电极材料，其比质量的电极活性材料可以提供比锂离子电池数倍的电量，因此能量密度远超锂离子电池。

 

 

在安全性方面，锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性的主要原因之一，而氟离子极难被氧化成氟单体，可以避免类似锂枝晶增长的问题。在原材料方面，氟的地壳丰度远高于锂，目前全球氟的年产量比锂高出约两个数量级。此外，开采锂需要大量的水，而开采氟对环境的影响要低得多。

在成本方面，有信息显示，锂电池中常用的原料钴价格昂贵，而氟离子电池除银外，其他正极材料成本较低，理论上每瓦时氟离子电池成本仅为锂离子电池的20%至25%。

 

氟离子电池发展的三条途径

早在20世纪70年代，科学家们就开始对氟离子电池进行研究，但并没有取得实质性进展。2011年，德国科学家率先开发出以氟化钡镧为电解质的全固态氟离子电池，氟离子电池的研发才得到更多的关注。

目前，氟离子电池开发的主要技术路线包括室温液体氟离子电池、高温全固体氟离子电池和室温全固体氟电池。其中，室温液体氟离子电池使用易燃、含氟的有机溶液作为电解质，存在安全和环境隐患；而高温全固体氟离子电池需要在高温下运行，可能仅应用于储能或其他特定场景。

 

 

室温全固态氟离子电池被认为是三种技术路线中最有价值的路线。理论上，室温全固态氟离子电池可以用于当前锂离子电池的所有应用场景，一旦技术成熟，很可能完全取代锂离子电池。

日本高度重视氟离子电池的研发，近年来取得了一系列重要进展。2018年12月，日本本田研究所、美国国家航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院等机构合作在美国《科学》杂志上发表论文，该团队首次准备了一种含有液体电解质的氟离子电池，该电池可以在室温下可逆充电和放电。室温下的离子电池。

2020年，京都大学和丰田宣布全固态氟离子电池原型成功，日本媒体当时报道称，在相同尺寸或重量的情况下，氟离子电池可以提供比锂离子电池更长的续航里程，电动汽车单次充电续航里程1000公里指日可待。

中国科学技术大学马成教授团队从事室温全固态氟离子电池的研究。2021年11月，该小组在德国《Smole》杂志上发表论文，宣布设计和合成一种新型氟离子固态电解质，该电解质首次在国际舞台上实现全固态氟离子电池在室温下的稳定长循环。在25摄氏度下连续充电和放电4581小时后，没有发生显著的电池容量下降。此前，文献中报道的室温全固态氟离子电池的充放电循环次数不超过20次，这通常被认为是一条无法实现的技术路线。

 

氟离子电池发展前景与挑战

要想让电动汽车一次充电续航1000公里以上，锂离子电池也是可能的，但如果你想让大型卡车、船舶、飞机和其他大功率车辆通过电池达到令人满意的续航里程，你需要找到比锂离子电池能量密度高得多的储能技术，氟离子电池是这类技术的发展方向。

 

 

氟离子电池的发展还处于非常早期的阶段。研究人员仍在寻找合适的材料体系，具有实用和商业价值的体系尚未出现。氟离子电池在基础研究阶段仍面临许多挑战，包括研究人员尚未发现具有足够优异循环性能的阴极和阳极材料，以及兼具商业价值和优异性能的电解质。

为了使氟离子电池技术尽快显示出应用价值，仍需加大基础研究投入，解决电极材料、电解质材料等一系列与基础研究相关的问题。