リチウムは「本物の」高エネルギー電池からどれくらい離れていますか？

純粋な電気自動車の大規模な工業化の最大の障害は「走行距離の不安」です。問題の本質は、パワーバッテリーシステムのエネルギー密度です。

既存のリチウムイオン電池システムは、その高い比エネルギーが主に非常に低い電極電位に基づいているため、「半分」の高エネルギー電池としか見なすことができません。現在、市販されているいくつかの種類の遷移金属酸化物正極材料は、動作電圧または比容量の点で水二次電池よりも著しく優れているわけではない。

したがって、リチウムを「実際の」高エネルギー電池にする方法は2つしかありません。電池の動作電圧を上げる方法と、正および負の材料の比容量を増やす方法です。しかし、多くの客観的要因の制約により、リチウムイオン電池のエネルギー密度の改善がボトルネックに近づいています。

理論計算によると、既存の最大容量の正および負の極性材料システム（シリコンカーボン負極を備えた高ニッケル三元）は、約300 W / Kgのわずかに高いエネルギー密度を持っています。多くの技術指標の厳しい制限により、大規模なパワーバッテリーは、電極材料の選択、システムのコロケーション、極地技術、およびコア構造の設計において、3Cの小型バッテリーとは大きく異なります。これらの要因により、同じ正と負の極性コロケーションシステムが作成されます。大型パワーセルのエネルギー密度は、小型3Cバッテリーのエネルギー密度よりもはるかに低くなっています。

つまり、近い将来、大規模に商品化できる高エネルギーリチウムイオン電池システムのエネルギー密度が250W / Kgを超えることはほぼ不可能である。このシステムのエネルギー密度は、通常の家庭用乗用車用です。実際の状態と負荷状態では、300Km以上の範囲です。

Beyond LIBには、Li-SバッテリーとLi-Airバッテリーという2つのまばゆいばかりの「新しい星」があります。実際、これらはすべて、近年再パッケージ化されたばかりの古いシステムです。これらの2つの電気化学システムを詳しく見ると、それらの中心的な問題は依然として金属リチウムの負極です。

Li-S電池は、金属リチウムの負極の問題を解決する必要があります。そうしないと、Li-S電池は基本的に高エネルギーの利点を失います。 Li-S電池ならではの「硫黄イオンシャトル効果」と相まって、Li-S電池が電気自動車に実用化される可能性はないと考えています。将来的には、Li-Sバッテリーは、軍事地域や野生地域などの特別な分野で特定の用途を持つ可能性があります。

Li-Airバッテリーの考え方と出発点は、Li-Sバッテリーと同じではありません。それは空気電池のカテゴリーに属します。しかし、私の個人的な意見では、金属空気電池、特に二次金属空気電池は、実際には二次電池と燃料電池の両方の欠点を有機的に組み合わせて、欠点を拡大します。二次リチウム空気電池は、リチウムS電池よりも技術的な問題を伴います。

個人的には、リチウムイオンの次のブレークスルーは、現在非常に誇大宣伝されているLi-Sやリチウム空気電池、さらにはグラフェン電池ではなく、全固体リチウムイオン電池にある可能性があります。金属リチウムを負極として使用することにより、全固体リチウムイオン電池のエネルギー密度は、現在の液体リチウムイオン電池と比較して大幅に改善されます（著者は、実際のエネルギー密度は350Wh /に達する可能性があると推定しています。 kg）。優れた安全性は、全固体リチウムイオン電池のもう1つの利点です。

しかしながら、固体電解質のイオン移動特性、ならびに固体電解質および正極および負極材料の界面抵抗の問題のために、比率性能はその短板でなければならないと決定される。さらに、全固体電池のリサイクル性と温度性能は依然として大きな課題に直面しています。

個人的には、将来的には全固体リチウムイオン電池が3C小型電子機器に使用される可能性があり、大型パワーセルはその用途に適さない可能性があると著者は考えています。世界の全固体リチウムイオン電池の現在の研究開発によれば、著者は、今後5〜10年で全固体リチウムイオン電池が大規模に商品化される可能性はないと考えています。

ここで強調したいのは、リチウム電気の安全性とエネルギー密度についての上記の理解と理解には、かなりの電気化学的専門知識と上級のリチウム電気生産慣行が必要であるということです。スペースの制限により、著者はここでは詳しく説明しません。

リチウムイオン電池や燃料電池と比較すると、リチウムイオン電池のエネルギー密度をさらに高める余地は非常に限られていることがわかります。最も基本的な電気化学的原理の観点から考えると、この問題を理解するのは難しくありません。二次電池のエネルギー密度の増加は、ムーアの法則に従っていません。

エネルギー密度の高い新しい化学電源システムはまだ基礎研究段階にあり、工業化の見通しはまだ非常に不透明です。相対的に言えば、PEMFCのエネルギー密度の問題はそれほど顕著ではありません。走行距離を確保するために水素貯蔵タンクの数を最も簡単に増やしても、操作性は比較的簡単です。

また、二次電池は完全密閉型に開発し、保守性（リチウム電源の場合は絶対に必要）を追求する必要があると考えることもできます。エネルギー密度が高いこと。そうでなければ、閉じた高エネルギーシステムと爆弾の違いは何ですか？

エネルギー保存の最も基本的な法則からは意味がありません！この観点から、リチウムイオン電池（実際にはすべての二次電池システムを含む）のエネルギー密度の増加は非常に制限されることは容易に理解できます。燃料電池はオープンシステムです。インダクタは電気化学反応サイトにすぎません。システムのエネルギー密度は、主に水素貯蔵システムに貯蔵されている水素の量に依存します。

オープンシステムであるため、燃料電池はエネルギー密度を高める可能性が高く、本質的に安全です。この利点は、二次電池にはないものです。電気化学デバイスの観点から、燃料電池は二次電池よりも化学電源の開発のレベルが高いです。

基本的に、リチウムイオン電池を含む二次電池は電気エネルギー貯蔵装置であり、燃料電池は電気エネルギー生成装置です。この最も本質的な違いは、アプリケーション分野での2つの異なる位置付けを決定します。

燃料電池と二次電池の多くの異なる特性により、二次電池は中小電力のエネルギー貯蔵目的に適しているのに対し、燃料電池は高電力アプリケーションに適しています。したがって、著者は、電気自動車へのリチウムイオン電池の配置は補助電源装置であり、HEVとPHEVおよび小型の純粋な電気自動車が主な応用分野であると個人的に信じています。

PEMFC燃料電池は当初から大規模電源として開発されており、真の「パワーセル」です。ここで強調したいのは、PEMFC燃料電池とリチウムイオン電池は応用分野で重複していないということです。それらは電気自動車における補完的な関係であり、誰が誰に取って代わるかではありません。

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