リチウムイオン電池に欠陥があり、アップグレードする必要があります

信じられないかもしれませんが、手に持っているスマートフォンは、1969年に人間を月面に置くために使用されたNASAのコンピューティングネットワークよりも強力であり、スマートフォンを使用すると、電話をかけたりメッセージを送信したりすることもできますゲームやビデオの再生など、他の驚くべき機能として、イメージング、ブロードキャスト、その他の機能は完全にはリストできませんが、スマートフォンで利用できるすべての機能が衰退し、強力で充電可能なバッテリーがないとデバイスが役に立たなくなる可能性がありますそれは長く続く可能性がありますが、使用されている技術はまだ欠陥があり、開発する必要があります。

リチウムイオン電池

最初の鉛蓄電池は1859年に物理学者によって開発されました ガストンプランティそして1980年に、世界を発展させる ジョン・グッドナフ ソニーが販売し、1991年に携帯電話の電池に使用されたコバルト酸リチウム陰極電池。この功績により、ゴドナフは同僚の化学者であるスタンリーウィッティンガムと吉野彰とともにXNUMX月にノーベル賞を受賞しました。

リチウムイオン電池は、酸化リチウムカソード（正極）とアノード（負極）および導体として使用される電解質（セパレーター）を組み合わせて動作します。バッテリーが充電および放電されると、イオンは電極間を移動し、次のようなエネルギーを生成します。その後、バッテリーは使用できます。

世界のリチウムイオン電池の62％を生産しているのは、日本、中国、韓国の2015社のみで、XNUMX年に中国が国内の電気自動車の生産を積極的に推進し、スマートフォン、タブレット、ラップトップの販売が世界的に拡大し始めて以来、需要は劇的に伸びています。 。

中国は現在、世界の電気自動車の60％を製造しており、塩水に含まれる豊富な天然ミネラルであり、主に南米、特にボリビア、チリ、アルゼンチンで生産されているリチウムの管理を確保しようとしています。

中国の会社TianqiLithiumは昨年、チリの鉱業会社SociedadQuímicayMineraの株式に4億ドルを支払い、リチウムの世界生産の半分を効果的に管理できるようになりました。Tianqiが注力している業界はリチウムイオン電池市場です。 、サイズの拡大が見込まれています。市場調査会社Global Market Insightsによると、33年の2018億ドルから73年までに2024億ドル以上になります。

リチウムイオン電池のデメリット

リチウム（ホワイトゴールドと呼ばれる）は他の元素と比較して化学的に活性な元素であり、世界でリチウムの大部分を生産する南アメリカでは、ホワイトゴールドは塩の表面から抽出されますが、使用される方法はXNUMXつで非常に水を消費しますコバルトに関しては、世界で最も乾燥した地域の一部バッテリーの生産に必要な別の鉱物は、コンゴ民主共和国でほぼ独占的に発見されており、抽出するための労働力として子供を使用するなど、危険な慣行を通じて採掘されていますコバルト。

さらに、リチウムイオン電池は現在、リサイクルするには高すぎるため、埋め立て処分されることが多く、アメリカ人は毎年約70億個のリチウムイオン電池を処分していますが、スウェーデンと日本ではプロジェクトが始まっています。長年使用しても充電量のXNUMX％を保持できる電気自動車用バッテリーをリサイクルしてください。

リチウムイオン電池は需要が急増していますが、リチウムイオンは本質的に不安定な材料であり、損傷したり高熱にさらされたりすると爆発する可能性があるため、安全性の問題や環境損傷などの欠点があります。195 2009年にSamsungGalaxy Note 2017が直面した注目すべき問題を含む、7年から2016年の間に発生した火災と爆発。

代替ソリューション

一部の研究者や技術者は、これまでリチウムイオン電池のこれらの課題と欠点に対処しようとしていますが、他の研究者は、アンモニア、マグネシウム、ナトリウムがすべて現在開発されているため、リチウムイオンの代替品を見つけるために遅い進化プロセスに取り組んでいますそしてそれらはすべて、低いエネルギー保持と材料の揮発性を含む欠点を持っています。

カリフォルニア州アーバインに本拠を置くリチウムイオン電池会社であるEnevateCorporationのマーケティングおよび製品担当エグゼクティブバイスプレジデントであるJarvisToeは、次のように述べています。リチウムを蓄えることができる活性物質であり、高い導電性を持っています。

もう20つの大きな進展は、現在通常のリチウムイオン電池で使用される材料のコストの20％を占めるコバルトの削減または排除であり、コバルトの価格は2016年の80メートルトンあたりXNUMXドルから約$に上昇しました。今日ではXNUMXであるため、コバルトを除去することがコスト削減の鍵となります。リチウムイオン電池は、パナソニックとテスラが電池からコバルトを除去するために取り組んでいる理由です。

「低コバルトまたはコバルトフリーのカソード技術は、EVバッテリーのコストを削減し続け、手頃な価格の認定EVをより早く入手するのに役立ちます。これは、カソードが今日のリチウムイオン電池内で最も高価なコンポーネントであり続けているためです。シリコンを支配することは、高いエネルギー密度と安全機能とともに、非常に高速な充電機能を提供します。」

研究チームは、カソードが通常作られているコバルトの代わりに、酸化クロムマグネシウム電極と金ナノワイヤーの使用、および電解質を補充できる「詰め替え可能な」バッテリーの使用を成功裏に調査しました。将来の路傍発電所は、電気自動車を補充する可能性があります。必要に応じて新しい電解質を使用します。これにより、現在リチウムイオン電池で大きな問題となっている範囲の懸念が解消されます。

市場調査会社Gartnerの半導体および電子部門を担当するBillRayは、銅発泡はXNUMX年以内にリチウムイオンに取って代わることができ、生産に近く、より大きなアノードを備えているため、充電できると述べています。非常に迅速です。もちろん、消費者が望んでいることです。」

フォードを含むいくつかの企業は、液体電解質セパレーターを固体に置き換えることで機能する全固体電池を開発しており、新しい結晶性材料、LTPS多結晶シリコン、超イオン性水素化リチウム導体など、さまざまな潜在的な材料が研究されています。 、そしてセラミック電解質。

将来の技術

固体を使用すると、火災や爆発のリスクを軽減しながら、より大容量のバッテリーを実現できますが、これらの材料は主流の生産にはほど遠いです。スイス連邦材料科学技術研究所とジュネーブ大学も新しいバッテリーのプロトタイプを作成しました。 「ソリッドステート」として知られています。完全に、このバッテリーはリチウムイオンよりも効率的である可能性があり、より優れた機能を備え、高レベルの安全性を提供します。

「XNUMXメートルを超える信頼性の高いワイヤレス充電をマスターできれば、バッテリー技術自体の重要性ははるかに低くなります。」 「全固体電池システムで最初の試験が進行中ですが、全固体技術には現在、技術と価格の点で不利な点があります」と、高性能電池のドイツ企業AKASOLのCEOであるSvenSchulzは述べています。

彼は、2030年までに全固体電池が市場に参入することを期待していますが、リチウムイオン技術の開発は革新的なプロセスではないものの、リチウムイオン電池は少なくとも今後2年間は​​最良の選択肢であり続けると信じています。毎年5％からXNUMX％ずつ段階的に改善します。新しい実験技術が出現するまでこの技術を順守することは正しいことです。

長期的には、バッテリー電源の将来についてまったく異なる見方をしている専門家もいます。レイは、ガレージ、路上、または都市の駐車場のクッションを介したワイヤレスまたは屋内の誘導充電が一般的であると述べています。

「現時点では、ワイヤレス充電はケーブルで充電するよりも優れているわけではありません。XNUMXメートルを超える信頼性の高いワイヤレス充電をマスターできれば、バッテリー技術自体の重要性ははるかに低くなります。デバイスは常に充電に依存しています。」

エネルギー業界の中には、テスラのパワーウォールなどの家庭用エネルギー貯蔵装置が標準になると予測しているものもあります。ユニットには、中規模の家庭に13.5日電力を供給するのに十分なXNUMXキロワット時の電力を蓄えることができる充電式リチウムイオン電池が含まれているからです。ソーラーパネルや風力タービンを搭載する住宅が増えるにつれ、需要が高まり、このエネルギーを蓄える必要があります。

最後に、さまざまな種類の電池への依存度が高まるにつれ、新しい、より信頼性が高く、効果的なソリューションを模索するという商業的インセンティブが高まります。そのためには、化学、物理学、工学、材料科学の経験を積み、団結する必要があります。そして、課題に対処する大規模なコラボレーションの波があることが重要です。新しいバッテリー技術の開発。

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