EV を運転するほとんどの人は、フル充電で車がどのくらいの距離を走行できるか、屋外が非常に寒いときにバッテリーがどのように機能するか、どれくらいの速さで充電できるかなど、いくつかのことを心配しています。 2 月 25 日にジャーナル『ネイチャー』に掲載された新しい研究論文は、これらの問題のうち 2 つを同時に解決できるところまで来ている可能性があることを示しています。
この研究は、南開大学のZhao Qing教授とChen Jun院士、そして上海宇宙動力源研究所のLi Yong氏が率いるチームによるものだ。彼らはリチウム電池をより強力にする方法を発見しました。具体的には、エネルギー密度は 700 Wh/kg に達しました。現在の自動車で使用されている最高のバッテリーは通常、最高で約 250 Wh/kg ～ 255 Wh/kg ですが、固体バッテリーは約 500 Wh/kg を約束します。
これがなぜ重要なのかを理解するには、バッテリーを燃料タンクのようなものと考えてください。同じ重さのタンクが 2 つあり、一方のタンクが 3 倍のエネルギーを保持している場合、車は停止することなくさらに遠くまで走行できます。新しい技術により、現在の標準と比較してエネルギー容量がほぼ 3 倍になります。これは、電気自動車が最終的には、車両の重量を圧迫する巨大で重いバッテリーパックを必要とせずに、はるかに長い距離を走行できるようになる可能性があることを意味します。
この電力飛躍の秘密は、バッテリー内の液体、つまり電解質にあります。バッテリーはリチウム塩と炭酸塩溶媒の混合物を使用しており、これらは酸素原子に依存してリチウムの移動を助けます。これは非常にうまく機能しますが、大きな欠点もあります。電解液は粘度が高く、広がりにくいです。また、気温が下がると機能しなくなるため、多くの EV が冬の間に航続距離を失うのです。
中国チームは何か違うことを試みることにしました。彼らはフッ素化炭化水素溶媒を使用して新しい種類の液体を作成しました。リチウムを移動させるために酸素を使用する代わりに、フッ素を使用しました。この変更により液体がより「湿りやすく」なり、バッテリーが機能するために必要な液体が少なくなります。液体は薄くなり、流れが良くなるため、エネルギーをより速く移動させることができます。
新しいデザインは寒さの中でも驚くほど優れたパフォーマンスを発揮します。従来のバッテリーは凍結すると使用できなくなることがよくありますが、新しいセルは-50℃でも動作します。そのような極端な温度でも、バッテリーはほぼ 400 Wh/kg のエネルギー密度を維持します。これは、今日のほとんどのハイエンド EV が室温で提供する温度よりも依然として高いです。
研究チームは、新しい電解質の作成方法には細心の注意を払う必要があり、リチウム原子が自由に移動できるように液体内の「空間」のバランスを取る必要があると説明した。酸素からフッ素に切り替えることで、性能を妨げていたボトルネックを取り除き、バッテリーの軽量化と強度の向上を同時に実現しました。
多くの企業が、業界の「聖杯」と呼ばれることが多い全固体電池の開発に向けて競い合っています。しかし、それらのバッテリーでも通常は約 400 Wh/kg にしか達しません。この新たな発見は、化学が正しければ「液体」電池が実際に固体技術を打ち負かすことができることを示している。これが研究室から工場に移れば、配送用トラックから飛行機に至るまであらゆるものの製造方法が変わる可能性があります。
これらのバッテリーは、高度なロボットや宇宙で使用される機器に電力を供給する可能性があります。現時点では、700Wh/kg という数値は個々のセルのみを指しますが、これらのセルが完全なバッテリー システムに組み立てられると、大幅な向上が見込まれます。この研究は、リチウム電池にはまだ未開発の可能性があり、ソリッドステート技術によって設定された期待に挑戦していることを示しています。
