全固体電池とは何ですか？なぜそれらが重要なのですか？

公開: 2021-05-25

バッテリー技術は何年にもわたって長い道のりを歩んできました。ドローンやスマートフォンのようなガジェットは、高度な最新のバッテリー技術がなければ実用的ではありません。

ただし、バッテリーの方が常に優れている可能性があります。

固体電池は次の大きな進歩のようであり、それらを使用する製品はもうすぐです。これは、今がそれらが何であるか、そしてなぜそれらが重要であるかを理解する絶好の機会であることを意味します。

「ソリッドステート」とはどういう意味ですか？

それが鉛蓄電池、アルカリ使い捨て電池、または電話のリチウムポリマー電池であるかどうかにかかわらず、それらはすべて液体電解質を使用します。電解液は、バッテリーの2つの内部端子を接続する導電性物質です。電子は電解液を通って流れ、バッテリーが電荷を蓄積するか、放電することを可能にします。

全固体電池は、従来の液体電解質の代わりに固体電解質を使用します。これが、2つのバッテリー技術の唯一の根本的な違いです。簡単そうに聞こえますが、エンジニアや科学者は、電解質として機能する固体材料を考え出すのに何十年も苦労してきました。

全固体電池の何が難しいのですか？

セラミックやリチウム金属などのさまざまな材料は、固体電解質としての可能性を提供します。問題は、セラミックのアプローチがバッテリーの性能を低下させていることです。リチウム金属は有望ですが、致命的な欠陥があります。バッテリーが充電および放電されると、金属の「デンドライト」が電解液を介して成長します。バッテリーが短絡して危険につながる可能性があります。

これらの問題に対する実用的で経済的に実行可能な解決策を見つけることは、過去数年にわたっていくつかの企業と研究チームの使命でした。今、その仕事は報われようとしています。

なぜこのすべてのトラブルを経験するのですか？全固体電池が従来の電池に比べて約束する利点を見てみましょう。

安全性

バッテリーは大量のエネルギーを蓄え、このエネルギーが制御できない方法で放出される危険性が常にあります。それが起こったとき、それは火事、爆発および他の望ましくない結果を意味する可能性があります。樹状突起の問題が解決されたと仮定すると、全固体電池はより安全でより安定することを約束します。一つには、それらは可燃性ではないので、バッテリーの火災は過去のものでなければなりません。

これは、自動車やドローンなどの電気自動車だけでなく、スマートフォンやラップトップなどの個人用電子機器にとっても重要です。毎年、多くの人が電子機器のバッテリー火災で負傷しています。その結果、家全体が焼け落ちました！

充電速度

最新のリチウム電池は驚異的な速度で充電できますが、それでも充電には長い時間がかかります。すべてが横向きになる前に、従来のリチウムイオン電池に注ぐことができるエネルギー量には制限があります。全固体電池は、現在使用している電池の6倍の速さで充電できると約束しています。つまり、5分で携帯電話を空から満タンまで充電するか、15分で電気自動車を80％まで充電します。

エネルギー容量とサイズ

リチウムイオン電池は、現在、一般に販売されている電池の中で最も高いエネルギー密度を持っています。それでも、ガソリンよりも何倍も密度が低くなっています。全固体電池は、電池をガスと同等にすることはできませんが、体積あたりのエネルギー密度を2倍以上にすることを約束します。

つまり、ソリッドステートモデルを使用して携帯電話のバッテリーを交換した場合、サイズを大きくすることなく、理論的には2倍の長さで動作する可能性があります。これは、電気自動車のもう1つの大きなセールスポイントです。電気自動車は、距離の不安のおかげで、それほど人気がありません。

寿命と耐久性

現在のほとんどのリチウムイオン電池は、約500回の完全充放電サイクル後に劣化し始めます。その後、バッテリーはほとんど充電できないまで容量を失い始めます。バッテリーが密閉される傾向にあるスマートフォンでは、これによりデバイスの寿命が大幅に制限されます。全固体電池は、その制限を大幅に増やすことを約束します。 5回も。

したがって、一般的な日常使用の電話のバッテリーが2〜3年後に劣化し始める可能性がある場合、全固体電池は最大15年間定格容量のままになります。バッテリーの交換に非常に費用がかかる電気自動車では、このクラスの自動車の所有コストに劇的な影響を与える可能性があります。

全固体電池の弱点

これがすべて真実であるには良すぎるように聞こえる場合、テクノロジーにはいくつかの注意点があります。これらのいくつかは、全固体電池技術の普及を達成する前に解決する必要があります。

コストはおそらく最大の敵です。研究チームと新興企業は、これらのバッテリーの製造プロセスをより安価でスケーラブルにするために懸命に取り組んでいます。一部の企業は近いと主張していますが、これらのバッテリーを搭載した製品の実際の価格を確認するまで、彼らがどれほど成功したかはわかりません。

これらのバッテリーは低温でも苦労します。したがって、それらを絶縁するか、またはそれらを良好な動作温度に保つことを含むソリューションは、課題の一部です。

全固体電池はいつ購入できますか？

Solid PowerやQuantumScapeのように、商用の全固体電池アプリケーションの頂点にいると主張する企業がいくつかあります。

トヨタは、早くも2021年に全固体電池電気自動車を販売する予定です。SolidPowerとQuantumScapeは、それぞれ2022年と2024年に車両用の電池の展開を目指しています。これは、次の2、3年で、バッテリー革命の始まりになる可能性があることを意味します。

それは、グラフェンを使用することから生じる可能性にさえ入る前です。この不思議な素材は、液体または固体の電解質が含まれているかどうかにかかわらず、さらに優れたバッテリーを約束します。グラフェンをボールで遊ばせることは、科学者やエンジニアを予想以上に長い間避けてきましたが、今すぐにハイブリッドグラフェンパワーバンクを購入することができます。本当に、未来はここにあります。