電気自動車は極度の暑さや寒さには対応できません。 それらを修正する方法は次のとおりです

このようなアップグレードは、約束されたEV革命に対する重大な障壁に対処することを目的としています。 バイデン政権は温室効果ガス削減に向けた野心的な取り組みとしてEV所有の増加に取り組んでおり、大統領は2030年までに米国で販売される新車の半分がEVになることを期待している（2023年上半期の自動車販売の約8％から増加） ）。 しかし、シカゴでの車のエンストなどの最近の事故は、将来の天候がさらに極端になると、現在のEV技術がどのように困難に陥る可能性があるかを示しています。気候変動により地球の平均気温は上昇し続けていますが、これにより、地球の天候を長年制御してきたパターンが混乱します。そのため、全体的な温暖化がさらに深刻な寒波を引き起こす可能性があります。

「極度の寒さはバッテリーの充電に安全上のリスクをもたらします」と国立再生可能エネルギー研究所の電気化学エネルギー貯蔵グループのスタッフ科学者であるポール・ガスパー氏は言います。 科学者は一般に、リチウムイオン電池は比較的狭い温度範囲、つまり華氏 32 ～ 140 度 (摂氏 0 ～ 60 度) 程度で安全に使用できると考えていますが、推定値にはばらつきがあります。 米国自動車協会が2019年に調査したところによると、屋外が華氏20度（摂氏マイナス7度）に達すると、EVの平均航続距離は華氏75度（摂氏24度）での航続距離と比較して12パーセント減少する。その理由を理解するために、 EV バッテリーに電力を供給する化学を深く理解する必要があります。

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温度チェック

EV バッテリーが充電されると、電荷を運ぶリチウム イオンが電解液中を各バッテリー セルの一端からもう一方の端 (正極と負極の間) に移動します。 その後、車が走行中にバッテリーに蓄えられたエネルギーを消費すると、イオンは逆方向に戻ります。 バッテリーが冷えると（寒波などで）、アノードとカソードの間の液体の通路が厚くなり、イオンの速度が遅くなります。 つまり、バッテリーが低温の場合は充電に時間がかかり、気温が低い場合よりも早く充電が失われる可能性があります。

華氏 32 度未満で車を充電すると、粒子が十分に速く移動できないため、リチウムイオンがアノードの表面に蓄積する可能性があります。 メッキと呼ばれるこれらのイオンの塊は、バッテリーの短絡を引き起こし、さらには爆発を引き起こす可能性があります。 (それでも、電気自動車が発火することはガソリン車に比べて比較的めったになく、研究者らは自然消火するバッテリーの設計を研究中です。)

さらに、EV全体が時間をかけて暖気運転を行います。 バッテリー、電気モーター、その他のコンポーネントの温度を制御する熱管理システムも充電を消耗します。 また、ドライバーがキャビンの暖房をオンにすると、バッテリーは HVAC システムや、デフロスターやシート ウォーマーなどの他のデバイスに電力を供給する必要があります。 内燃エンジンを搭載したガソリン車も寒さの影響を受けます。 米国エネルギー省によると、華氏 20 度では燃費が 77 度 (摂氏 25 度) で得られる燃費に比べて約 15 パーセント低下します。 しかし、EV の等価損失は華氏 20 度で 39% に達する可能性があります。

非常に暑い日もEVの性能に悪影響を与える可能性があります。 温度が高くなるとイオンの移動速度が上がり、ある時点で意図しない化学反応が連鎖的に起こり、車の寿命にわたって電解液を含むバッテリー部品が劣化する可能性があります。 AAAの報告書によると、外気温が華氏95度（摂氏35度）に達し、ドライバーがエアコンを強めると、航続可能距離は17パーセント減少する可能性があるという。

AIの微調整

車のソフトウェアをいじれば、すでに市販されているバッテリーをより有効に活用できます。 洗練された車載コンピューターを搭載したテスラやその他の EV は、複雑な人工知能モデルを使用してバッテリーが安全かつ効率的に動作することを保証します。 これらの AI プログラムは、温度センサーと電圧センサーからのデータを分析してバッテリーの過充電を防ぎ、残りの充電量で車がどれくらいの距離を走行できるかを予測します。 テスラには、車がバッテリーを適切な充電温度まで加熱または冷却するプレコンディショニングと呼ばれる機能もあります。 しかし、これらのモデルにはいくつかの改善が必要だとギャスパー氏は言う。

まず、時間の経過とともに劣化するバッテリーの状態を考慮して、より適切にカスタマイズできる可能性があると彼は説明します。 同氏はまた、AI モデルを使えば、車やドライバーにリスクをもたらすことなく、（たとえば、冷却剤を分配したり、ファンを制御したりすることによって）幅広い温度範囲で車を成功させることができると考えている。 これらのモデルが改良されるにつれて、EV が「可能な限り広い動作範囲で」バッテリーを安全に管理できるという信頼が高まるとギャスパー氏は言う。

スコットランドのストラスクライド大学の電気技術者、I・サファク・バイラム准教授は、現時点ではAIモデルはドライバーにバッテリーの現在の充電レベルと状態のおおよその情報しか提供できないと述べている。 そのため、EVドライバーは車両の走行距離推定値が突然低下することがよくあると同氏は付け加えた。 今年 1 月、シカゴでは、あるウーバー ドライバーが、車のバッテリー残量が 30 マイルであると表示されていたにもかかわらず、立ち往生しました。

しかし、よりスマートな AI モデルが自動車を進化させるには限界がある、とギャスパー氏は言います。 極端な温度に耐えるEVを次のレベルに引き上げるには、バッテリー技術自体の進歩も必要です。

より良いバッテリー

科学者たちは、電池の耐候性を高めるために複数の戦略を試みています。 有望な方法の 1 つは、電解質を改良することです。 カリフォルニア大学サンディエゴ校の材料科学者兼エンジニアである Zheng Chen 氏とその同僚は、マイナス 40 度 (摂氏マイナス 40 度) の低温から摂氏 122 度の高温での実験室テストで良好に機能する新しい電解質を作成しました。研究者らが2022年に発表した研究によると、華氏（摂氏50度）だという。

研究チームは、リチウム塩とジブチルエーテルと呼ばれる溶媒を混合することでこれを達成した。ジブチルエーテルはリチウムイオンの周囲を容易に通過し、氷点下や超高温でも液体のままである。 このレシピは有望ですが、市販のバッテリー部品を使って大規模に動作するかどうかを判断するのは困難です。 そして、この種の公式が唯一の解決策ではない可能性が高い。自動車メーカーはリチウムイオン電池にさまざまな材料を使用しており、技術の進歩に追いつき、たとえばより手頃な価格の部品やより長い航続距離を確保するために材料を継続的に調整している。 チェン氏によると、単一の溶媒や金属塩が市場のすべての電池材料と適合することはありません。

さまざまな現実世界の条件で優れた電解質やその他の材料を見つけるのは難しいが、人工知能が発見プロセスのスピードアップに役立つ可能性があるとギャスパー氏は言う。 研究者らは、製薬業界が候補物質を試験するために創薬にすでに使用している技術に触発されたロボットをプログラムした。

一部の専門家は、自己発熱バッテリーがEVの寒さに打ち勝つもう一つの方法になる可能性があると考えている。 2018年、ペンシルバニア州立大学の科学者らは、電池が室温以下に下がったときに電子を遮断するニッケル箔を組み込むことで、そのような電池を作成したと発表した。 捕らえられた電子はフォイルを温め、ひいてはバッテリー全体を加熱します。 科学者らは、これにより、摂氏マイナス58度（摂氏マイナス58度）の低温でもバッテリーを急速充電できる可能性があると述べている。 車のモーターからの電流パルスを利用するなど、他のアプローチでもバッテリーを温めて、寒さの中でより速く充電することができます。

しかし、EV エンジニアは、「AND 問題」と呼ばれるジレンマに直面しています。さまざまな環境で効率的に動作するバッテリーを設計するのは難しいということです。 そして 手頃な価格で長持ちします。 「私たちはコスト、パフォーマンス、安全性のバランスをとろうとしているのです」とチェン氏は言います。 自動車会社は、優先順位に応じてこれらの要素に異なるアプローチをとります。 たとえば、手頃な価格よりも高性能を重視する企業もあり、より高価なバッテリー材料を組み込むことができます。 高価なEVほど走行距離が長い傾向があるのはこのためです。

最終的には、国や世界の特定の気候に合わせてバッテリー設計を調整するのが最善かもしれない、とギャスパー氏は示唆する。 極地に近い気候のドライバーは、寒さに適したバッテリーを使用するでしょう。 一方、熱に強いバッテリーは、赤道地域に住む人々にとって特に重要となるだろう。 そこでは、熱によって促進される化学反応の加速によりバッテリーが劣化する可能性があり、世界平均よりも所得が低い地域では長期的なEVコストの上昇につながる可能性があります。 「これは経済的正義の問題です」とギャスパーは言う。 業界はまだそうなっていませんが、EVの専門家は解決する必要がある問題であると認識しています。