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「リチウムイオン電池技術にはまだ多くの寿命が残っている」：研究者らはEVの航続距離と安全性を高める可能性のあるゲル電解質で画期的な進歩を遂げた
- 研究者らは負極を使わないリチウムイオン電池で画期的な進歩を遂げた
- 新しいゲルは電解質技術の最大の問題の1つを解決する可能性がある
- これにより、リチウムイオンEVセルの寿命と安全性が向上する可能性があります。
コロンビア大学工学応用科学部の研究者らは、負極のないリチウムイオン電池の安定化に役立つ新しいゲル電解質を開発したと主張している。これにより、この新たなバッテリー技術の安全性と寿命が向上すると同時に、メーカーのコスト削減がもたらされるはずです。
アノードフリーのリチウムイオン電池は数年前から研究されており、昨年韓国の研究チームはアノードフリーのリチウム金属電池アーキテクチャを使用して、サイズを大きくすることなく電池の体積密度を2倍にしました。
アノードを取り除くとより多くの内部空間が解放され、より多くの量の活物質を同じ体積に充填できるようになります。 Interesting Engineering によると、これは同じサイズの燃料タンクにさらに多くの燃料を詰め込むようなものです。
アノードフリーのリチウム金属電池は充電中にリチウムの析出が不均一になるため、この技術が直面する主な問題は安全性と電池寿命です。
これは、リチウムが鋭い針状の構造（デンドライトと呼ばれる）を形成する可能性があり、これが内部コンポーネントを貫通し、危険な短絡や熱暴走を引き起こす可能性があることを意味します。
しかし、ジュール誌に初めて掲載された研究結果を引用したインタレストリング・エンジニアリング誌によると、コロンビア大学工学応用科学部の研究者らはゲル電解質でこの問題の解決策を発見したという。
少し専門的な話になりますが、研究チームは「溶媒分子を引き付けながらリチウムイオンを選択的に反発する」「寄生塩嫌性ポリマーネットワーク」を電解質設計に使用しました。
比較的簡単に言うと、ゲル電解質はナノスケールで異なる組成に分割されます。これにより、リチウム表面に保護層が形成され、有害なデンドライトの形成が防止されます。
実験室での実験中に、研究者らは、ゲル電解質が現実世界の条件下でその容量の 80% 以上を保持し、バッテリーの熱安定性を向上させたことを発見しました。これは、最適な動作温度までパックを加熱または冷却する際に EV が消費するエネルギーが少なくなることを意味します。
どうやら、ゲル電解質は熱暴走することなく、広範囲の穴あけにも耐えたようです。対照的に、従来の液体電解質を使用したバッテリーは、テスト中に燃焼または爆発しました。
実際の応用において、研究者らは、アノードフリーのリチウムイオン電池のゲル電解質が、新しい電解質配合物の開発にかかるコストを一切かけずに、より高いエネルギー密度、より長い寿命、より安全な動作を備えた EV パックにつながる可能性があると考えています。
分析: リチウムは命を救った
電気自動車の将来に関する議論の多くは全固体電池パックを中心に展開しており、充電速度の遅さ、航続距離の短さ、パックの重さ、長期にわたる安全性の問題など、電気自動車の多くの問題に対する「聖杯」の答えとして宣伝されてきた。
しかし、この技術はまだ初期段階にあり、一部の中国企業はこの技術を量産化していると主張しているにもかかわらず、既存のリチウムイオン製品よりもはるかに高価な提案である。
「リチウムイオン技術にはまだ多くの寿命が残っています」とボルボ EX60 製品ライン副社長のアキル・クリシュナン氏は説明します。 「もちろん、ソリッドステートの将来には興奮していますが、リチウムイオンに関してはすでに多くの進歩を遂げています」と彼は付け加えた。
ボルボは、シミュレーションとモデルを使用して EV バッテリーから最大限のメリットを引き出すバッテリー ソフトウェア会社 Breathe と協力して、リチウムイオン テクノロジーがもたらす効果を証明しました。次期ボルボ EX60 は、500 マイルを超える WLTP 航続距離と、あらゆる条件下で一貫した高速充電速度を誇ります。
Breathe Battery Technologiesの共同創設者Yan Zhao氏は、次の25％の自動車購入者に電気自動車の導入を説得するのは、これまでで最も難しい課題の1つになるだろうと語る。 「彼らの購入決定は価格に非常に敏感になるでしょう」と彼は言う。
この点で、リチウムイオン電池の改良が役に立ちます。これにより、新しい電池技術のコストを顧客に転嫁することなく、航続距離の拡大と充電速度の高速化が可能になります。
内燃機関と同様に、1世紀以上経っても性能と効率は向上し続けており、専門家らはリチウムイオン技術は今後3～5年で改良されるだけだと推定している。
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