小さくても長く建てることは可能ですか

リチウムイオン電池は今や世界中の家庭に欠かせないものとなっています。 これらのバッテリーは、優れたエネルギー貯蔵、軽量、再充電の可能性により、現在、電気自動車 (EV) やその他の家庭用エネルギー貯蔵装置で広く使用されています。

しかし、同等かそれ以上の容量を持ち、より長持ちし、小型のリチウムイオン電池を製造することは可能でしょうか? 答えは「はい」です。 世界中の研究者は現在、リチウムイオン電池の容量を増やし、軽量化と小型化への道を切り開くことに取り組んでいます。

これらの電池は、正極（正の充電端子）と負極（負の充電端子）の2つの端子と、電解質（半流体要素）、そしてその中間にあるセパレータで構成されています。 通常、カソード側は周囲にリチウムがあり、アノードはグラファイトで構成されています。 これらのリチウムイオン電池の動作全体は、充電および放電中のリチウムイオンと電子の動きを中心に展開します。

リチウム酸素電池とも呼ばれます。 従来のリチウムイオン電池に比べて10倍のエネルギーを蓄えることができます。 そのエネルギー容量は化石燃料が提供するエネルギーに匹敵します。 しかし、それらはまだ商業的に使用できる実行可能なソリューションにはなっていません。

設計に従って、これらの電池では、電極の一方がリチウムで構成され、もう一方の側がガス拡散電極で構成されています。 これらの電池を使用すると、リチウムイオンが陰極から電解質を通って陽極に向かって移動し、そこで酸素と結合して酸化リチウムを形成し、電気を生成します。

しかし、良いニュースは、研究者のグループがそれを成功させるために取り組んでいることです。 ドイツのオルデンブルク大学のチームは、これらの電池の寿命を延ばし、リチウム酸素電池を現実にすることに向けて取り組み始めました。 このプロジェクトは、非プロトン性リチウム酸素電池の代替材料およびコンポーネント: 不活性コンポーネントの化学と安定性 (AmaLiS 2.0) と名付けられました。 連邦教育研究省はプロジェクトチームに 110 万ユーロを与えた。

チームは、両面にコーティングされた膜を使用してカソードとアノードを分離するという新しいアイデアのテストに取り組んでいます。 さらに、チームはバッテリーの両側に 2 つの異なる電解質を使用したいと考えています。 最後に、電極の 1 つの材料として炭化チタンも試したいと考えています。

リチウム酸素電池の研究に加えて、いくつかの研究者、EV、その他の企業は、アノードのグラファイトを別の重要な要素であるシリコンに置き換えることに取り組んでいます。 シリコンは、アノードに使用される場合、グラファイトよりも 10 倍の重量のリチウムイオンを保持できるという利点があります。

しかし、その利点にもかかわらず、その使用を妨げる技術的な障害があります。 まず、その使用は、リチウムイオンが充填されたときにアノードの体積が膨張し、材料の破損につながることがよくあると非難されています。 これは、シリコンの使用によるアノードの収縮と膨張に起因します。

しかし、良いニュースは、研究者たちがこの技術のブレークスルーに向けて取り組んでいることです。 たとえば、General Motors と OneD Battery Sciences はシリコン ナノテクノロジーの陽極に取り組んでいます。 同チームは、これらの再構築されたバッテリーが2026年末までにメルセデスGクラスSUVに使用されると主張した。同様に、グループ14テクノロジーズは、2024年までに自社のシリコン駆動バッテリーをポルシェEVに搭載すると誓った。

研究者らによると、シリコンには長時間持続する容量や高速充電などの独自の機能があり、将来のEVをより手頃な価格で効率的に、さらに小型化できる可能性があるという。 さらに、その豊富な量により、グラファイトの代替品として使用することで、製造業者を中国などのごく少数の国でのみ発見されているグラファイトから独立させることもできます。

これに先立ち、メガEVブランドのテスラも、バッテリーの陽極にわずか5パーセントのシリコンを添加することでバッテリーの容量を増やそうとした。 さらに、他のいくつかの研究者や企業は、輸入依存を減らし、リチウムイオン電池の効率を向上させるために、グラファイトの代わりにシリコンを使用する研究開発に投資しています。