日本の新技術により、全固体電池のより安価かつ迅速な生産が約束される

の 全固体電池 これらは、今日のリチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度、高い安全性、優れた耐久性が約束されているため、長年にわたってエネルギー貯蔵の「聖杯」と考えられてきました。しかし、その製造は依然として複雑で高価なため、大量普及が妨げられています。

からの研究者 東北大学 日本の研究者が雑誌に研究を発表しました 小さい それはゲームのルールを変える可能性があります。彼らは 2 つの圧力圧縮技術を発見しました。 ホットプレス （HP）と スパークプラズマ焼結 (SPS) は、将来のバッテリー用のセラミック電解質の製造において同等の結果をもたらし、製造時間とコストを大幅に削減します。

全固体電池、特にリチウム金属電池 (SSLMB) は、世界中の企業や研究機関の関心を集めています。従来のバッテリーのような液体の可燃性電解質の代わりに固体材料が使用されているため、液漏れや発火のリスクがありません。それらの利点にもかかわらず、大量生産には大きな障害があります。 固体電解質として機能する、薄く均質で欠陥のないフィルムの構築。このプロセスには通常、高温、長い融合時間、エネルギー集約型の装置が必要ですが、これらの要因によりコストが増加し、商業利用が困難になります。

東北大学の研究は、すでに科学界の関心を集めている物質に焦点を当てています。 酸化物Li7La3Zr2O12、として知られています LLZO。の LLZO 優れたイオン伝導性と化学的安定性を兼ね備えており、用途に最適な特性を持っています。 固体電解質。しかし、その製造には厳しい条件が必要です。1,000℃を超える温度での長時間の融合が必要であり、材料の構造を変化させ、コストを高騰させる可能性のある現象であるリチウムの蒸発の危険性があります。

これらの障害を克服するために、日本の研究者は、圧力下で圧縮する 2 つの一般的な方法を比較することにしました。の ホットプレス 熱と機械的圧力を使用して材料を凝縮させますが、 スパークプラズマ焼結 理論的には、プロセスをスピードアップする放電が追加されます。東北チームは両方のシステムで結果を測定し、次のことを発見しました。 材料の密度は 5 分以内にほぼ 98% に達しました従来必要とされていた数時間または数日を大幅に改善します。

この研究で最も興味深い点は、 2 つの手法ではほぼ同じ結果が得られました: 方法に関係なく、LLZO の微細構造とイオン伝導率は変化しませんでした。言い換えれば、 スパークプラズマ焼結 高密度化を促進する「プラズマの利点」があるという広く見られているにもかかわらず、それが優れているということは証明されていない。

«私たちの結果は、SPS が本質的に優れているわけではないことを示しています」と教授は説明する。 チェン、研究著者の一人。 」このプロセスは、ホットプレスと同様に、熱と圧力の組み合わせに基づいています。したがって、この方法の選択は、技術上の神話に基づくのではなく、純粋に経済的かつ実際的な基準に基づいて行うことができます。»。

この発見は、複雑で高価な電池への投資に消極的なことが多い電池業界にとって実際的な意味を持つ。 テクノロジー 生産。もし ホットプレス 特殊な装置を使用せずに同等の結果が得られるため、製造プロセスが可能になります。 固体電解質 大量生産することでより手頃な価格にすることができます。多くの企業にとって、これはコストの削減、時間の節約、そして既存の生産ラインへの新しいバッテリーの統合の容易化を意味します。

したがって、この研究は、最も高度な技術またはエネルギー集約的な技術のみが高品質の製品を実現できるという、この分野の重要な「教義」の 1 つに疑問を投げかけています。 固体材料。東北の研究者らは、重要なのは方法の複雑さではなく、より手頃な手段で達成できる熱と圧力の制御の精度にあると主張している。

次のステップは、実際の固体電池プロトタイプ内でこれらの電解質の性能を評価することです。結果が確認されれば、この技術は電気自動車、携帯機器、エネルギー貯蔵システム用の新世代バッテリーの出現を加速させる可能性がある。

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