現在開発中の10のバッテリー技術

バッテリー技術は今日の電気自動車の重要な部分であり、バッテリーの継続的な進化は業界を変革し続けるでしょう

電気自動車技術が進歩し続けるにつれて、バッテリーはこれまで以上に重要になってきています。 過去 10 年間で、バッテリー技術の進歩により、電気自動車はすでに長距離走行、より高速な充電が可能になり、消費者にとってはより手頃な価格になりました。 バッテリー技術は急速に進化しており、新しくエキサイティングな開発が目前に迫っています。 当初は画期的だった現在のバッテリー技術も、性能が限られ、頻繁な充電が必要になり始めています。 現在使用されている最も一般的なタイプのリチウムイオン電池は、1 キログラムあたり最大数百ワット時しか保持できないため、再充電せずに十分な時間持続できるデバイスを設計することが困難になっています。 これらの他のバッテリー技術の進歩により、科学者たちは、より多くの充電を保持し、より長く持続できる、より効率的で軽量かつ安全なバッテリーに関する研究結果を導き出そうとしています。 新しいバッテリーの代替品を使用する自動車メーカーは、バッテリーパックの軽量化、より多くの電荷を蓄えてより長い航続距離を提供するためのより高いエネルギー密度、バッテリーの劣化を引き起こすことなくより速く充電できること、そして持続可能性を向上させるためにリサイクル可能にすることを検討しています。 バッテリー技術は今日の電気自動車の最も重要な部分であり、バッテリーの継続的な進化は業界を変革し続けるでしょう。

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これは、電荷担体がリチウムイオンとシリコンベースのアノードであるリチウムシリコン電池です。 シリコン材料により、比容量ははるかに大きくなります。 シリコンは 400% の体積変化があり、充電状態では反応性が高いため、市販の電池では代わりにアノードの約 10% を構成するためにシリコンが使用されています。 Sila Nanotechnologies は、リチウムイオン負極のグラファイトを高性能シリコン負極に置き換えるという目標を追求している新興企業です。 ダイムラーAGは多額の投資を行っており、2019年に企業およびベンチャー資金で1億7000万ドルの資金調達を実現するために提携している。また、イーロン・マスクは2015年に、モデルSのバッテリーに含まれるシリコンが航続距離を6倍向上させるのに役立ったと主張した。パーセント。

全固体電池は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池に見られる液体またはポリマーゲル電解質を固体電極と固体電解質に置き換えます。 これらは、可燃性、強度不足、電圧制限、サイクル性能の低下、不安定な固体電解質界面形成などのリチウムイオン電池の問題に対する解決策を提供し、より高速な充電、より高い電圧、より長いサイクル寿命をもたらします。 トヨタは全固体電池技術をまず自社のハイブリッド電気自動車に採用することを目指しており、ホンダは2024年春までに生産能力を実用化することに取り組んでいる。非常に高い生産コスト、温度と圧力に対する敏感性、およびデンドライト（最終的に固体電解質を貫通し、電極を交差させてバッテリーセルを短絡させるリチウム表面の金属結晶）の存在。

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NanoBolt リチウム タングステン バッテリーは、既存のリチウム バッテリー技術を改良したものです。 これらのバッテリーの全体的なエネルギー貯蔵と再充電速度は、タングステンだけでなくカーボン多層ナノチューブの添加によって向上します。 これらのナノチューブ層はイオンの貯蔵領域を増加させ、それらが作り出すウェブ構造を通じて高い効率をもたらします。 これらのバッテリーは、従来のリチウムイオンバッテリーよりも多くの電力を蓄えることができます。 これは電気自動車の航続距離を向上させるために不可欠です。 大型の NanoBolt リチウム タングステン バッテリーは、太陽エネルギーを使用して急速充電できます。 シボレー ボルト、ボルト EV、クライスラー パシフィカに使用されるバッテリーを生産する LG エナジー ソリューションは、このバッテリー技術に取り組む最前線の競合企業の 1 つです。 BAK Group、Nyobolt、CALT もこの技術に取り組んでいます。

リチウム硫黄電池は高い比エネルギーを持っています。 これらのバッテリーは、主に中程度の原子量の硫黄と低い原子量のリチウムの組み合わせにより、水のように密度が軽いです。 従来のリチウムイオン電池とは異なり、リチウム硫黄電池はコバルトをより高いエネルギー密度を持つ硫黄に置き換えます。 これにより、より多くのエネルギーを保持できるようになります。 コバルトと比較して、硫黄は豊富に存在し、コスト効率が優れています。 樹枝状結晶の発生は、リチウム硫黄電池技術の大きな欠点となってきました。 このテクノロジーの人気は高まっているものの、実用化にはまだ遠いとみられています。 リチウム硫黄バッテリーには、現在のバッテリー平均航続距離約 250 ～ 300 マイルを 2 倍にする可能性があります。 テスラ向け電池を生産するLGエネルギーソリューションズは、リチウム硫黄電池の開発に取り組んでいる。

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「次世代リチウムイオン電池」(NGLB) は、充電時間と全体的な寿命の点で性能が大幅に向上した新しい電池技術です。 NGLB セルは、従来のリチウムイオン電池と比較して 2 倍、さらには 3 倍の充電量を維持できると予測されています。 これは、サイズや重量を大幅に増加させることなく、機械のバッテリーが以前よりも最大 3 倍長く持続できることを意味します。 NGLB テクノロジーは、Samsung、LG Energy Solutions、Panasonic などの大企業数社によって開発されています。 ユニークなバッテリーは主に電気自動車やさまざまな大規模用途向けに設計されていますが、スマートフォンやラップトップコンピューターからウェアラブルデバイスに至るまで、あらゆるものに利用できる可能性があります。 エネルギーと寿命の向上への取り組みにより、NGLB は今後のあらゆるアプリケーションにとって魅力的な選択肢となります。

金属水素電池は、ニッケルと水素をベースとした再充電可能な電気化学電源であり、その容量と効率により優れた性能を誇ります。 現在のリチウムイオン電池よりも数倍多くのエネルギーを提供し、85% の効率と約 20,000 回の充電サイクルという長寿命を達成できます。 この革新的なバッテリー技術は、以前よりも速く充電することもでき、発生する熱を分散できればセルは過充電に耐えることができます。 しかし、この画期的なバッテリー技術がもたらす最大の利点は、その環境への優しさです。 これらのバッテリーには有毒な溶剤が含まれていないため、損傷したり高温にさらされた場合に何が起こるかについての心配が少なくなります。 これらは完全にリサイクル可能であり、寿命が切れた後でも発電に使用することもできます。

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持続可能なエネルギー貯蔵システムの開発に有望なソリューションである亜鉛マンガン酸化物電池 (ZMO) は、亜鉛製のアノードとマンガン酸化物製のカソードの 2 つの電極で構成されています。 このハイブリッド混合により、ZMO 電池は優れた安定性を備えていますが、エネルギー密度が低いため、リチウムイオン電池の競争相手となるのに十分な電荷をセルに蓄えることができないという大きな欠点があります。 また、亜鉛成分はリチウム成分よりも入手がはるかに簡単で安価であるため、通常、リチウムベースの電池よりも安価です。 これは、亜鉛のエネルギー密度が低いため、リチウムイオン電池に対応するには、より高容量のセルを製造する必要があることを意味します。 これらは安全かつ不燃性であり、事実上あらゆるデバイスや用途での使用に適しています。

中国のEVバッテリーメーカーであるCATLは、コバルトフリーのリチウムイオンバッテリーの初の生産者となることを目指している。 テスラは2021年に販売を開始した。また、テスラは2022年の第1四半期に販売した車両のほぼ半数にコバルトフリーのリン酸鉄リチウム（LFP）電池を搭載した。 これらのコバルトフリーのリチウムイオン電池は、負極材料としてシリコンやカーボンなどのナノ粒子を使用します。 エネルギー密度、充放電速度、安全性が向上しています。 資源消費量の削減と毒性レベルの低下は、環境に大きな利点をもたらします。 従来の一部のリチウムイオン電池と比較して、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長く、それぞれ最大 5 倍の容量、1,500 回の充電サイクル、3 倍の速度というより速い充電時間を備えているだけでなく、資源消費量の削減により生産コストも低くなります。 、充電/放電プロセス中の放熱が少なくなり、安全性が向上しました。

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有機シリコン電池はリチウムイオン電池よりもはるかに耐火性が高く、電気化学的性能が向上しています。 また、優れた安全性と安定性を備えています。 有機シリコン電解質を共溶媒として使用すると、電池の寿命、容量、そして常に電池の航続距離を向上させることができます。 この技術を促進するために、研究者らはシラン、ポリシロキサン、シロキサンなどのいくつかの種類の有機シリコンや多面体オリゴマーシルセスキオキサンに取り組んで、その分子設計、化学的、熱的、電気化学的安定性、イオン伝導性、安全性をチェックしています。 これらのバッテリーは、可燃性液体電解質が含まれていないため、標準的なリチウムイオン化学反応よりも安全です。 また、組成中の有害物質も少なくなります。 これにより、有機シリコン電解質電池は、電気自動車、医療機器、ドローンなど、安全性が最優先される用途に最適な選択肢となるでしょう。

塩水電池は基本的に、塩水と 2 つの電極が入った容器で、外部電源に接続すると電気を生成します。 2 つの電極は通常炭素でできており、塩水に含まれる硫酸ナトリウム電解質と反応し、エネルギーをイオンの形で蓄えます。 寿命は長いです。 リチウムイオン電池ほど多くのメンテナンスは必要ありません。 このため、エネルギーを失うことなく長期間保存することができます。 海水電池の最大の利点は、リチウムイオン電池の数分の一のコストで製造できることです。 また、それらは無毒です。 欠点は、エネルギー密度が低いため、リチウムイオン電池ほど多くの電荷を蓄えられず、リチウムイオン電池ほど何度も充電できないことです。

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