毎日、新しい電池化学の革新が起こっており、その中には、私たちが知っている業界の将来全体を変える可能性のあるものもあります。 一部1 一部2 このシリーズの第 3 部では、私たちが知っているリチウム電池に変化をもたらす最新の電池材料について説明しました。第 XNUMX 部では、さらに詳しく取り上げます。
シリコン系アノード
シリコンアノードは、業界標準のグラファイトアノードよりも理論容量がはるかに高いです。シリコンアノードの問題は、充電サイクル中に体積が膨張することです。科学者たちはこの問題を解決しようと懸命に取り組んでいますが、これはシリコンナノ構造と複合材料の進歩によって達成できる可能性があります。シリコンアノードの導入が成功すれば、特に電気自動車や家庭用電化製品において、将来的にエネルギー密度の向上につながる可能性があります。
チタン系陽極
チタンベースのアノードは、グラファイトアノードよりも安全で、安定しており、寿命も長くなります。電圧がはるかに高いため、リチウムめっきのリスクが軽減されます。リチウムめっきとは、イオンが負極から正極に急速に移動してグラファイト粒子に挿入され、金属層が残って熱暴走や電池の発火につながる危険な状態です。チタンベースのアノードはリチウムデンドライトの形成も少なく、全体的に安全な選択肢となります。
チタンベースのアノードは、充電と放電のサイクル中に構造変化に耐性があるため、構造劣化に対する耐性が高くなります。グラファイトアノードは膨張、収縮し、最終的にはひび割れが生じ始めます。チタンベースのアノードは、リチウムイオンの拡散速度が速いため、バッテリーに損傷を与えることなく急速充電できるため、急速充電にも最適です。また、低温でもグラファイトアノードよりも優れた動作が可能です。
チタンベースのアノードが意味のある形で市場に出回らない主な問題は、エネルギー密度と高コストです。チタンベースのアノードは、エネルギー密度がグラファイトアノードの約半分で、より高価になる傾向があるため、消費者向け電子機器などの需要の高い機能には問題があります。しかし、将来的には、電動工具などの急速充電アプリケーションや、産業用グリッドストレージなどの長いライフサイクルを必要とする機能には、実行可能なソリューションになると思われます。
バナジウム系カソード
バナジウムベースのカソードは、その高い容量、導電性、持続可能性から、その使用が検討されています。バナジウムベースの材料は導電性に優れているため、個人用電子機器や高性能電気自動車などの急速エネルギー貯蔵の将来にとって有力な選択肢となります。バナジウムは一般的に豊富で安価であり、環境にも優しいです。バナジウムの採取は、リチウム電池カソードに現在最も一般的に使用されている材料であるコバルトとニッケルの採取方法のほとんどよりも倫理的で環境に優しい傾向があります。
バナジウムベースのカソードはニッケルやコバルトよりも高価で、重く、複雑な製造プロセスを必要とする場合があります。しかし、その明らかな利点により、リチウム電池メーカーの間で急速に人気が高まっている材料です。
3つの異なる分析の比較
簡単に参照できるように、3 つの資料の比較を以下に示します。
| 材料 | 優位性 | チャレンジ | 潜在的なアプリケーション |
| シリコン系アノード | 高エネルギー密度、軽量 | 体積膨張、構造的完全性 | EV、家電製品 |
| チタン系陽極 | 安全、急速充電、耐久性、低温性能 | エネルギー密度が低く、コストが高い | 電動工具、グリッドストレージ |
| バナジウム系カソード | 持続可能で、高い導電性があり、急速なエネルギー貯蔵に適しています | 重く、高価で、複雑な製造 | EV、グリッドストレージ、高性能エレクトロニクス |
高密度官能化ポリマーバインダー
このシリーズで取り上げたバッテリー材料は、リチウム バッテリーの革新における大きな進歩を表しています。シリコン ベースのアノードは、より軽量で長持ちする EV の実現につながる可能性があります。チタン ベースのアノードは急速充電技術と産業用途に革命をもたらす可能性があり、バナジウム ベースのカソードは、より持続可能で倫理的なバッテリー生産への道を開く可能性があります。
これらの材料はまだ採用の初期段階にありますが、継続的な研究開発により、さまざまな業界でエネルギー貯蔵を再定義する可能性があります。パート 4 では、リチウム硫黄電池や固体電池など、現在のリチウムイオン技術の主要な制限のいくつかに対処することが期待される、さらに新しい化学物質について説明します。
2の考え