フレキシブル全固体電池とは何ですか？

国際的な科学者のグループが、電気自動車の航続距離を延ばし、ラップトップやスマートフォンの火災を防ぐことができる新しいタイプの全固体電池を開発しました。 著者は、AdvancedEnergyMaterialsで彼らの発見を説明しています。 従来の二次電池で使用されていた液体電解質を「固体」のセラミック電解質に置き換えることで、より効果的で長持ちし、安全に使用できる電池を製造できます。 研究者は、これらの利点が、電気自動車を含むあらゆる種類のデバイスのためのより効率的で環境に優しいバッテリーへの道を開くことができることを望んでいます。

米国と英国からの研究の著者は、しばらくの間、リチウムイオン電池の液体電解質に代わるものを模索してきました。 2016年に、彼らは、従来のリチウムイオン電池のXNUMX倍以上の電圧で動作できるが、同様の効率で動作できる全固体電池の開発を発表しました。

最新の設計はこの以前のバージョンを大幅に改善したものですが、MITのドナルドサドウェイ教授はまだ改善の余地があると述べています。「高温でセラミック材料の高いイオン伝導度を達成するのは難しい場合があります」と彼は説明しました。 「これは画期的な成果でした。」 研究者たちは、これらの改良されたバッテリーをテストした後、電気自動車や飛行機への電力供給にも適していることを証明することを望んでいます。

全固体電池では、引火性の液体電解質ではなくセラミック電解質を使用することで、過熱による損傷を防ぎます。 バッテリーが損傷し、発火するのではなくセラミック電解質チャーが過熱し始めた場合、発火を防ぎます。 これらの固体材料の構造の細孔はまた、イオンが固体内の拡張されたネットワークを通って移動することで、はるかに高い電荷の負荷を運ぶことを可能にします。

これらの機能は、科学者が可燃性液体電解質を含むものと比較して、バッテリーの電圧と静電容量の両方を上げることができたことを意味します。 実際、サドウェイ教授は次のように述べています。「12℃[90°F]で動作する194ボルトのリチウム空気電池を実証しました。これは他の誰よりも高い値です。」

この新しいバッテリー設計には、セラミック電解質が一般に有機電解質よりも安定しているという事実を含め、可燃性電解質に勝る他の潜在的な利点があります。 「驚くべきことは、それがどれほどうまく機能したかということです」とサドウェイ教授は言いました。 「私たちは、このセルに入れるよりも多くのエネルギーをこのセルから得ました。」

この安定性により、メーカーは、過熱を心配することなく、ラップトップや電気自動車に多数のソリッドステートセルを詰め込むことができ、デバイスの安全性を高め、機能寿命を延ばすことができます。 現在、これらの種類のバッテリーが過熱すると、Samsung Galaxy Note 7電話で最近起こったように、発火する危険性があります。 燃焼を維持するための空気がセル内にないため、結果として生じる炎は広がることができません。 確かに、彼らは最初の被害の場所を越えて広がることはできません。

これらの固体材料も非常に長持ちします。 対照的に、より高い温度（100°C以上）で動作する可燃性液体電解質を使用してリチウムイオン電池を製造しようとする試みの中には、500または600サイクル後に日常的に発火するものがあります。 セラミック電解液は、発火することなく7500回以上の充電/放電サイクルに耐えることができます。」

新しい調査結果は、EVの範囲を拡大することと、スマートフォンの火災を防ぐことの両方にとって非常に重要である可能性があります。 サドウェイによれば、「旧世代のバッテリーには鉛蓄電池[車]スターターバッテリーが搭載されていた。距離は短かったが、信頼性は非常に高かった」と彼は付け加えた。火がつくだろう」と語った。

今日のリチウムイオン電池は、これからの一歩だと彼は説明します。 「長距離ですが、深刻な過熱や発火によって損傷する可能性があります」と彼は付け加え、新しい全固体電池は、はるかに信頼性が高く、より安全なデバイスにつながる可能性があるため、「根本的なブレークスルー」になる可能性があると付け加えました。

MITの科学者たちは、この技術が広く使われるようになるまでにXNUMX年かかると考えていますが、早ければ来年にも、SamsungやAppleなどの大手メーカーのスマートフォンにこの種のバッテリーが搭載されることを望んでいます。 彼らはまた、ラップトップや電気自動車を含む、電話以外にもこれらのセルの多くの商業的用途があることを指摘しました。

しかし、サドウェイ教授は、技術が完成するまでにはまだ道のりがあると警告しています。 「私たちは本当に見栄えのするセルを手に入れましたが、それは非常に初期の段階です。..私たちはまだ大規模で高出力密度の電極を備えたセルを製造していません。」

Sadowayは、この画期的な技術は、EVの航続距離を大幅に伸ばすだけでなく、スマートフォンの火災を防ぐ可能性があるため、すぐに広く採用されると考えています。 おそらくもっと驚くべきことは、ほとんどのメーカーが安全性と信頼性を確信した後、XNUMX年以内に全固体電池が広く使用されるようになるという彼の予測です。