コリン・チャップマンの神聖なモータースポーツの福音、「シンプルにしてから軽さを加えろ」は、電気の時代に正しく受け継がれています。最新の高圧ミサイルを狭いヘアピンに投げ込むたびに、その質量の下で拷問を受けたゴムが悲鳴を上げているのを感じることができます。私たちは、大地を揺るがすようなトルクを備えた注目に値するマシンを製造してきましたが、すべてのカーボントリム EV の下にある汚い秘密は、化学自重の 0.5 トンもの巨大なスラブ (運が良ければ) を引きずり回していることです。
その原因は従来のリチウムイオンの化学反応にあります。グラファイト陽極に依存するバッテリーセルは、理論上の上限である約 350 Wh/kg にすでに達しつつあります。この種のエネルギー密度から本物のグランドツーリングの航続距離を引き出すには、自動車メーカーは回転する戦艦を建造する以外に選択肢がありませんでした。
ポルシェ タイカン GTS は、シャーシ ダイナミクスの絶対的なマスタークラスですが、空の状態では 2,360 kg にも達します。テスラ モデル S プレイドの重量は 2,178 kg で、脅威のロータス エメヤは 2,650 kg を道路に叩きつけます。たとえ賢い空気ばねや後輪操舵が時間をかけて働いたとしても、物理学を永久に騙すことはできません。
ありがたいことに、もうすぐ解決策が見つかるかもしれません。天母山研究所と清華大学の共同研究チームは、査読済みの衝撃的な論文を『Nature Communications』誌に発表した。研究者らは、魔法の閾値を超えて 602.5 Wh/kg に達する高安定性リチウム金属パウチ電池を設計しました。これは、パッケージングの調整によって絞り出された控えめな断片的な改善ではなく、今日の大多数の電気自動車に見られるエネルギー密度の約 2 倍です。
従来のグラファイト陽極を純粋なリチウム金属に置き換えることは、電気化学の夢の聖杯でした。理論的には、重炭素ホストを取り除くと、天文学的なエネルギーが増加します。実際には悪夢です。リチウム金属セルに高電圧を加えると、液体電解質が不安定なスラッジに分解し始め、リチウムデンドライトと呼ばれる微細な針状のスパイクがアノードから生えてきます。これらの結晶質の蔓は最終的にセパレーターを突き破り、セルを短絡させ、熱暴走が続き、高価な EV がたき火と化します。
清華大学と天母山大学の画期的な進歩により、分子境界におけるこの不安定性が解決されました。研究チームは、化学反応を暴走させる代わりに、「添加剤の強い配位溶媒和構造」を作り出す電解質添加剤を設計した。白衣の専門用語を取り除いたこの添加剤は、一対の微細な用心棒のように機能します。
カソード側には、高電圧による劣化から材料を保護する高密度の極薄保護膜が堆積されます。同時に、リチウム金属アノード上に強力な固体電解質層を形成し、デンドライトの成長を開始前に阻止し、リチウムイオンの移動を加速し、安全性の問題を解決します。
テストベンチのデータは興味深い読み物になります。高ニッケル三元陰極を備えた 10Ah パウチセル構成を使用すると、セルは 550.7 Wh/kg を生成し、180 サイクル後も初期容量の 80% を維持しました。研究者らが電解質の魔法とリチウムを豊富に含むマンガンベースの正極を組み合わせたところ、エネルギーは見出しを飾った 602.5 Wh/kg に跳ね上がり、これは主流のパワーセルに比べて効率が 50% 以上も向上しました。
しかし、誰がこの研究に資金を提供し、推進したのかに注目してください。それは、航空学と「低高度経済」に重点を置いた機関、天木山研究所です。曲がりくねった裏道を走る重いサルーンについて私たちが愚痴をこぼしているにもかかわらず、エネルギー密度に対する真の切望は電気航空機に属します。電動垂直離着陸 (eVTOL) 航空機や長距離商用ドローンは、より硬いアンチロール バーで物理学を欺くことはできません。航空機がそのパックを使い果たすと、惰性でサービスステーションに入ることができなくなります。それはただ空から落ちてくるだけです。 2 人の乗客を運ぶために 600 kg のバッテリーを運ぶことは、航空機モビリティの商業的な行き止まりです。
製造コストは天文学的ではありますが、CATL が航空用途向けに最大 350 Wh/kg を供給する凝縮物電池でこの分野に参入しているのをすでに見てきました。 CATLは、リチウムと空気の化学反応が12,000Wh/kgに達するという理論を提唱しているが、これは紙の上のガソリンに匹敵する数字だが、それは遠い幻想だ。現実の世界では、600 Wh/kg が電気飛行が単なるギミックではなくなり、実行可能な輸送手段となるベースラインです。
来年の夏にショールームに並ぶ軽量の純電気トラック玩具を想像し始める前に、ある程度の現実を知る必要があります。制御された実験室用パウチセル内で 180 回の充電サイクルを経て 80% の保持率に達することは、学術的には大きなマイルストーンですが、道路輸送に必要なレベルには遠く及ばません。
自動車メーカーは、1,000 ～ 1,500 回の過酷な高出力 DC 急速充電サイクルをひるむことなく安全に実行できるバッテリー パックを求めています。化学物質はポットホール、熱衝撃、長年の放置に耐えなければなりません。フッ素系電解質添加剤を実験台から数百万個の自動車セルにスケールアップすることは、まだ解決されていない産業上の問題です。
リチウム金属電池がクリーンルームから広範囲に生産されるようになれば、自動車に大きな影響を与える可能性があります。 100kWhのバッテリーパックの重量を約650kgから200kg未満に軽量化した写真。そうすれば、軽量で高性能な車の時代が復活するでしょう。重量が 400kg 軽い 1,500 馬力の XiaomiSU7 Ultra を考えてみましょう。
そのシナリオでは、電気スポーツカーはコンパクトなフォルムに戻り、シャーシを通してそのパワーを真に感じられ、数回の激しいラップでブレーキパッドを焦がすことなく電気モーターを自由に作動させることができるでしょう。私たちはついに、その大きさを隠すためだけに 4 桁の馬力に依存しない電気自動車を目撃するかもしれません。
