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この発見はEVバッテリーの長寿命化につながり、エネルギー転換を加速させる可能性がある

バッテリーは時間の経過とともに容量が減るため、古い携帯電話では電池切れが早くなります。しかし、このよくある現象は完全には解明されていません。 現在、コロラド大学ボルダー校のエンジニアが率いる国際研究チームが、このようなバッテリー劣化の背後にある根本的なメカニズムを明らかにした。この発見は、科学者がより良いバッテリーを開発するのに役立つ可能性があり、電気自動車の走行距離と寿命が延びるとともに、クリーンエネルギーへの移行を加速させるエネルギー貯蔵技術も進歩するだろう。 この研究結果は9月12日にジャーナルに掲載された。 科学。 「我々は、リチウムイオン電池の劣化に関わる分子レベルのプロセスを解明することで、リチウムイオン電池の進歩に貢献している」と、論文の責任著者で化学生物工学部の教授であるマイケル・トニー氏は述べた。「より優れた電池を持つことは、エネルギーインフラを化石燃料からより再生可能なエネルギー源へと移行させる上で非常に重要である。」 技術者たちは何年も前から、最も一般的な充電式電池であるリチウムイオン電池をコバルトなしで設計することに取り組んできた。コバルトは高価な希少鉱物であり、その採掘プロセスは深刻な環境問題や人権問題と関連している。世界のコバルトの半分以上を供給しているコンゴ民主共和国では、採掘労働者の多くは子供である。 これまで科学者たちは、リチウムイオン電池のコバルトの代わりにニッケルやマグネシウムなどの他の元素を使うことを試みてきた。しかし、これらの電池は自己放電率がさらに高い。自己放電とは、電池内部の化学反応によって蓄積エネルギーが減少し、時間の経過とともに容量が低下することである。自己放電のため、ほとんどのEV電池は交換が必要になるまでの寿命が7年から10年となっている。 再生可能エネルギー・持続可能エネルギー研究所のフェローでもあるトニー氏と彼のチームは、自己放電の原因の調査に乗り出した。一般的なリチウムイオン電池では、電荷を運ぶリチウムイオンが、電解質と呼ばれる媒体を通って、電池の片側（アノード）から反対側（カソード）へ移動する。この過程で、これらの荷電イオンの流れが電流を形成し、電子機器に電力を供給する。電池を充電すると、荷電イオンの流れが逆転し、アノードに戻る。 これまで科学者たちは、充電時にすべてのリチウムイオンが陽極に戻るわけではないため、電流を形成して電力を供給するために利用できる荷電イオンの数が減少するため、バッテリーが自己放電すると考えていました。 研究チームは、イリノイ州にある米国エネルギー省のアルゴンヌ国立研究所の強力なX線装置であるAdvanced Photon Sourceを使用して、バッテリーの電解質からの水素分子がカソードに移動し、通常リチウムイオンが結合する場所を占領することを発見しました。その結果、リチウムイオンがカソードに結合する場所が少なくなり、電流が弱まり、バッテリーの容量が減少します。 輸送は米国で発生する温室効果ガスの最大の発生源であり、2021年の国内排出量の28％を占めている。排出量を削減する取り組みの一環として、多くの自動車メーカーはガソリン車の開発をやめ、代わりにEVの生産を増やすことを約束している。しかしEVメーカーは、走行距離の制限、生産コストの高さ、従来の車両に比べてバッテリー寿命が短いなど、多くの課題に直面している。米国市場では、一般的な電気自動車は1回の充電で約250マイル走行でき、ガソリン車の約60％である。新しい研究はこれらすべての問題に対処する可能性があるとトニー氏は述べた。 「消費者は皆、走行距離の長い車を望んでいる。コバルト含有量の少ないバッテリーの中には、より長い走行距離を実現できるものもあるが、短期間で壊れないようにする必要もある」と同氏は述べ、コバルトを減らすことでコストを削減し、人権やエネルギー正義の問題にも対処できると指摘した。 自己放電のメカニズムをより深く理解することで、エンジニアは、水素分子をブロックする特殊な材料でカソードをコーティングしたり、異なる電解質を使用したりなど、自己放電のプロセスを防ぐいくつかの方法を検討することができます。 「バッテリーの劣化の原因がわかったので、バッテリーの設計時に何を改善する必要があるかをバッテリー化学コミュニティに伝えることができる」とトニー氏は語った。 #この発見はEVバッテリーの長寿命化につながりエネルギー転換を加速させる可能性がある