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2019年10月9日、スウェーデン王立科学アカデミー は、2019 年のノーベル化学賞が、リチウムイオン電池の研究開発への貢献により、ジョン B. グッドイナフ、M. スタンリー ウィッティンガム、吉野彰に授与されたと発表しました。彼らは充電可能な世界を作りました。リチウム イオン電池は、通信、仕事、勉強、音楽鑑賞、知識の検索に使用するポータブル電子機器に電力を供給するために世界中で使用されています。
しかし、科学者たちはリチウムイオン電池が限界に達したと考えており、全固体電池は近年リチウムイオン電池の地位を継承できる電池と見なされてきました。全固体電池は高出力で重量があるため、リチウムイオン電池よりも電気自動車の電池として適しています。それでは、全固体電池について詳しく紹介します。
全固体電池とは？
全固体電池は、リチウムイオンまたはリチウムポリマー電池に見られる液体またはポリマーゲル電解質の代わりに、固体電極と固体電解質を使用する電池技術です。
固体電解質が最初に発見されたのは 19 世紀ですが、いくつかの欠点により、その広範な応用が妨げられてきました。 20 世紀後半から 21 世紀初頭にかけての開発により、2010 年代以降、特に電気自動車の分野で、全固体電池技術に新たな関心が寄せられています。
違い
全固体電池とリチウムイオン電池の主な違いは電解質です。リチウムイオン電池は液体電解質を使用しており、重量、安全性、寿命に問題があります。
単一のバッテリーのエネルギーが低いため、複数のバッテリーを直列に接続する必要があり、重量がさらに増加します。液体電解質は、高温での不安定性と可燃性のリスクに直面しており、自動車事故で火災を引き起こす可能性があります。また、低温下では凍結しやすく、航行能力が低下します。さらに、電解液はバッテリーの内部コンポーネントを腐食する可能性があり、充電と放電のプロセスでもデンドライトが生成され、バッテリーの容量、性能、および寿命が低下します。
しかし、全固体電池はエネルギー密度の高い固体電解質を使用しています。電池の構造と充電方法は従来のリチウム電池と同じですが、全固体電池の内部には液体がほとんどなく、内部エネルギー密度が高く、体積が小さくなっています。全固体電池は軽量です。リチウム イオン バッテリーの監視、冷却、断熱システムが不要なため、シャーシはバッテリー用により多くのスペースを確保でき、電気自動車の巡航能力が大幅に向上します。
利点
上記の説明によると、全固体電池の利点を簡単に要約できます。
--高い安全性。多くの固体電解質材料は、不燃性、非腐食性、非揮発性、および非漏出性です。可燃性溶媒を含む液体電解質と比較して、ポリマー固体電解質はバッテリーの安全性を大幅に向上させます。
--高エネルギー密度。金属リチウムを負極として使用することにより、全固体リチウム電池のエネルギー密度は 300 ～ 400Wh/kg またはそれ以上に達するでしょう。液体電解質とセパレーターを使用せずにバッテリーの重量を減らすことで、バッテリーの内部空間を圧縮し、エネルギー密度を高めます。
--長いサイクル寿命。液体電解質の充電および放電プロセス中に、固体電解質界面相およびリチウム樹状突起が連続的に形成および成長する問題を回避し、リチウム金属電池のサイクル性と耐用年数を大幅に改善します。
--広い動作温度範囲。釘刺し試験では、全固体リチウム電池は高温耐性と優れた安定性を備えています。無機固体電解質を使用すると、高温で正負極材料が電解質と反応することによる熱暴走を回避でき、最高動作温度は 300°C に達する可能性があります。
--柔軟性。全固体リチウム電池は、薄膜電池やフレキシブル電池への作製が可能です。柔軟な液体電解質リチウム電池と比較して、パッケージングはより簡単で安全であり、将来的にはスマートウェアラブルや埋め込み型医療機器に適用できます.
