次世代バッテリー技術: バッテリーのあらゆる側面を再考する

より多くの再生可能エネルギーを備えた未来への移行に備えてバッテリー業界を準備するための新しい技術を生み出す競争が続いています。 この競争環境において、どの企業やソリューションがトップに立つのかを予測するのは困難です。

世界中の企業や大学は、電池製造のコストを削減し、環境への影響を軽減するために、新しい製造プロセスの開発を急いでいます。 彼らは、カソードとアノード（電池の負と正に帯電した部品）の両方を構築し、さらには電荷を保持するために異なるイオンを使用するための新しいアプローチの開発に取り組んでいます。 開発中のすべてのテクノロジーを確認することはできませんが、人々が解決しようとしている問題を把握するためにいくつかのテクノロジーを確認することはできます。

クリーナーの製造

カリフォルニアに本拠を置く企業シルバテックスは、水を使わない効率的な正極活物質 (CAM) 製造プロセスを開発しました。 「このプロセス革新により、CAM の総コストが 25% 削減され、エネルギー使用量が 80% 削減され、水の使用と硫酸ナトリウム廃棄物の流れが排除されます」とシルバテックスの CEO 兼創設者のバージニア クラウスマイヤー氏は述べています。

クラウスマイヤー氏によると、シルバテックスの目標は、電池製造プロセスの二酸化炭素排出量に影響を与えることだという。 同氏は、市場の急速な成長に伴い、他の企業が非効率なプロセスを拡大していると主張した。 「これらのプラントは年間 2 億ガロンの水を使用しています。 正極材料はバッテリーパックのコストの 50 ～ 70% を占めます。」

バッテリー部品会社ナトリオンの共同創設者兼最高経営責任者（CEO）であるアレックス・コシャコフ氏によると、リチウムイオン正極とバッテリーを製造する通常のプロセスには多くのステップがあるという。 メーカーは、コバルト、マンガン、アルミニウム、ニッケルなどの採掘金属の初期濃度が低い鉱石を採取することから始めます。 回転ブレードやセラミックボールが入った巨大なバットの中で、それらを非常に小さな断片に砕きます。

企業は鉱石を大量の水を含む硫酸溶液で処理します。 このステップの後に硫酸塩が抽出されます。 この処理により二酸化硫黄が大気中に放出され、酸性雨が発生し、職場の安全上の問題が生じます。

次に、製造業者は硫酸塩とリチウム塩を混合し、組み合わせて粉末に粉砕します。 巨大な炉で粉末を高温に加熱して不純物を除去し、その後再び加熱してリチウムを金属および酸素と融合させます。

この後、カソードを製造するために、通常は粉末を再度粉砕します。 次に、得られた粉末を溶媒およびバインダーと組み合わせてインクまたはスラリーを作成します。 得られた液体をアルミホイルに塗り、乾燥させます。 次に、コーティングされた箔を所定のサイズに切断し、他の電池材料と積層し、得られた層をローリングプレスでプレスし、スプールまたはコイルに巻き付けて電池缶に入れます。

「私たちがやったのは、水を使わない『次世代』プロセスと呼ぶプロセスを開発したことです」とクラウスマイヤー氏は語った。 「硫酸塩分子を含まない原料の多用途性や柔軟性を利用するため、廃棄物がなくなり、リサイクル材料や、採掘が必要な採掘および精製材料から得られる幅広い投入材料を使用できるようになります。」そして洗練度も下がった。」

クラウスマイヤー氏は、彼女の会社では原料として水酸化物または金属酸化物を使用していると述べた。 このプロセスでは、これらの材料をポット内で「界面活性剤とは言えない」と彼女が表現する独自の添加剤と混ぜ合わせます。 これに続いて焼成ステップが行われる。 (か焼には、酸素が限られた環境で化合物の温度を上げることが含まれますが、溶けるほど加熱することはありません。)

プロセスから硫黄を除去すると、CAM を作成する際の製造上の危険が軽減されます。