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2024-07-21 10:49:00
携帯電話、ノートパソコン、その他の機器に電力を供給する充電式リチウムイオン電池は、液体またはゲル電解質を使用しています。科学者たちは、これらの電池を充電式固体リチウム電池に置き換えたいと考えていますが、その理由は何でしょうか?
これは、固体電池が安定しており、エネルギー密度が高く、従来のリチウムイオン電池のように可燃性がないため、はるかに安全だからです。
たとえば、固体リチウム電池を搭載した電気自動車は、従来のリチウム電池を搭載した同様の電気自動車に比べて、走行距離が長く、さまざまな温度条件下でも優れた性能を発揮します。同様に、固体電池を搭載した携帯電話は、1 回の充電で数日間使用できます。
しかし、大きな問題が1つあります。固体リチウム電池のリサイクルははるかに複雑で困難であり、環境にとって大惨事となります。現在でも、 95パーセント 従来のリチウム電池（リサイクルが容易）の多くはリサイクルされず、最終的に土地や水を汚染することになります。
固体リチウム電池は状況を悪化させる可能性があります。しかし、ペンシルベニア州立大学 (PSU) の研究者による新しい研究により、固体電池をリサイクルする実用的かつ効率的な方法が明らかになりました。その仕組みは次のとおりです。
ポリマーを使用した固体リチウム電池のリサイクル
いつ リチウム電池 リサイクルされると、さまざまな材料を含む黒い塊に変わる。「この黒い塊には電池に必要な材料が豊富に含まれていますが、それらを分離するのは依然として困難です」と研究著者は述べている。 注記。
これは、これらの物質の多くが類似した化学的性質を持ち、さまざまな不純物も含まれている可能性があるためと考えられます。液体またはゲル電解質を備えたリチウム電池では、黒色の塊からさまざまな物質を識別して分離することがある程度可能です。
しかし、 固体電池研究者らは、固体電解質を使用すると、黒色物質と混ざり合ってこの問題がさらに悪化すると付け加えた。PSUチームは、この問題を解決する興味深い方法を考え出した。
彼らは固体リチウムコイン電池を取り、その電極と電解質の接合部に2つのポリマー層を配置した。次に、彼らは電池を リサイクルプロセス 従来のリチウムイオン電池のリサイクルに使用されていたこの技術では、電解質と電極の間にあるポリマーが溶解し、両者が混ざり合わなくなっていました。
「両者を隔てるポリマー層がなければ、電極と電解質が混ざり合ってしまい、リサイクルが難しくなる」と、研究の筆頭著者でPSUの博士課程の学生であるイーチェン・ラン氏は述べた。
研究者たちはその後、さまざまなバッテリー材料を分離し、回収した金属と電極を冷間焼結法で組み合わせました。これは、さまざまな材料の粉末混合物を圧縮し、低温で溶剤で処理して、新しいバッテリーの製造に使用できる 1 つの固体に変えるプロセスです。
「回収した電極と回収した複合固体電解質粉末を冷間焼結法で組み合わせ、ポリマー層を加えてバッテリーを再構築しました。これにより、バッテリー全体をリサイクルすることができ、使用後に再びリサイクルすることができます」と研究著者の一人、ポーハオ・ライ氏は述べた。
リサイクル固体電池のテスト
PSU チームは、コイン型電池からリサイクルされた固形材料を新しい電池に組み込み、その性能をテストしました。リサイクルされた電池の放電容量は、元のコイン型電池の 92 パーセント以上でした。
「リチウム金属アノードとLTOアノードを備えた完全に回復したフルセルは、0.05℃および室温で、元の放電容量の92.5%と93.8%を示しています」と研究著者らは指摘しています。
固体電池技術はまだ開発の初期段階にありますが、この実験は、 そのような電池をリサイクルする 環境に害を与えることなくその潜在能力を活用することができます。
「まだそこまでには至っていませんが、長期的な目標は、全固体技術が普及したら、このイノベーションを携帯電話やノートパソコンなどのデバイスに使用できる大型バッテリーに適用することです」とラン氏は語った。
の 勉強 ジャーナルに掲載されている ACS エネルギーレター。
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編集者について
ルペンドラ・ブラハンバット Rupendra Brahambhatt 氏は、経験豊富な作家、研究者、ジャーナリスト、映画製作者です。科学の理学士号 (優等学位) とマスコミュニケーションの PGJMC を取得した彼は、世界各地の最も革新的なブランド、通信社、デジタル雑誌、ドキュメンタリー映画製作者、非営利団体と積極的に協力してきました。作家として、彼は正しい情報を伝え、大衆に建設的な考え方を奨励するというビジョンを持って活動しています。
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