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2024-02-13 18:30:00
- ゲル電解質を備えたシリコン電池はエレクトロモビリティの将来の鍵となるでしょうか?
- ゲル電解質は液体電解質より安全で耐久性が高い
- シリコン微粒子の添加により、バッテリーのエネルギー密度が最大 40% 増加します。
持続可能な輸送を求める世界の動きは、電気自動車分野のイノベーションによって推進されています。 しかし、電池の種類は依然として、電池の大量配布に対する重要な障害となっています。 通常の電気自動車は 1 回の充電で約 450 ～ 700 km 走行できますが、科学者たちは 1,000 km 以上のマイルストーンに到達するよう努力しています。 韓国の浦項科学技術大学（POSTECH）化学科の研究チームは、この取り組みにおいて主導的な立場にあると認識しています。
シリコンは、並外れたエネルギー貯蔵能力を備えた豊富な元素であり、新しい電池の主要な素材として浮上しています。 残念なことに、充電および放電中に膨張および収縮する問題のある傾向があるといういくつかの欠点もあります。 これは、技術上および製造上の重大な課題をもたらします。 別の解決策は、電池の膨張に関する問題を軽減するシリコン微粒子の製造である可能性があります。
Soojin Park 教授、博士課程の Minjun Je 博士、Hye Bin Sonem 博士が率いる POSTTECH チームは、これらの問題を克服するゲルポリマー電解質を含む新しいアプローチを提案しました。 従来の液体電解質とは異なり、ゲル電解質はそのゲルの性質により安定性が向上します。 ゲル電解質は、ポリマーマトリックスと電解質からなる固体物質です。 この際、リチウム塩溶液も添加する。 ポリマーマトリックスはゲルに強度と安定性を与え、電解質はリチウムイオンの通過を可能にし、バッテリーの機能を可能にします。
ゲル電解質の利点は、従来のリチウムイオン電池で使用される液体電解質よりも漏液や発火が起こりにくいことです。 これは電気自動車の安全性を向上させるために重要です。 さらに、液体電解質よりも振動や極端な温度に対する耐性が優れています。 これによりバッテリーの寿命が延び、より厳しい条件でも使用できるようになります。 ゲル電解質を使用すると、液体電解質よりもバッテリーの充電と放電が速くなります。
ポリマーマトリックスに電子ビームが照射され、その後共有結合が形成されます。
研究者らは、電子ビームを使用してシリコン微粒子 (5 μm) とゲル電解質の間に共有結合を作成しました。 これにより、体積膨張による内部応力を分散させ、一般的に使用されているシリコン微粒子の数百倍でも安定した性能を実現しました。
結果は印象的なものでした。 シリコン微粒子を含む安定した電池は、従来の電池に匹敵する最大 40% 高いエネルギー密度とイオン伝導性を達成することがわかっています。 この画期的な進歩により、電気自動車用バッテリーにおけるシリコンの実用化の新たな可能性が開かれます。 しかし、新しいタイプの電池がいつ実用化されるかは、今のところ未定です。
ジョセフ・ノバク
私はもともと科学技術に興味があったため、イオン応用技術を研究する博士課程の学生です。 人間の創造性と能力のおかげで何が生み出されるのか、私はいつも驚かされます。 私は自由時間を山や都市で旅行して過ごすのが好きです。
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