新しい全固体電池によるリチウムイオン電池の3つの欠陥の解決

最初の全固体電池は、テキサス大学オースティン工科大学の教授であり、リチウム電池の発明者の1人である94歳のジョングッドイナフが率いるエンジニアのチームによって開発されました。より安全で高速な充電と充電式バッテリーの長寿命により、スマートフォン、電気自動車、エネルギー貯蔵ステーションに新しいオプションが提供されます。

リチウム電池の発明者の1人であるジョン・グッドイナフは、彼の電池材料研究所：Cochrane Engineering College

Goodenoughは、CochraneCollegeの主任研究員であるMariaHelena Bragaとともに、画期的な進歩を遂げました。彼らが開発した低コストの全固体電池の利点は、燃焼のリスクがないだけでなく、長い耐用年数、大量のエネルギー密度、および急速な充電と放電の電力です。調査結果は、ジャーナルEnergy and theEnvironmentに掲載されています。

「コスト、安全性、エネルギー密度、充電と放電の速度、および耐用年数は、電気自動車が一般に受け入れられるかどうかを決定する重要な要素です。この結果は、今日のバッテリーが直面している多くの問題を解決したと信じています。」とGoodenough氏は述べています。

研究者たちは、新しい電池のエネルギー密度が今日のリチウム電池の3倍であることを実証しました。電気自動車の場合、バッテリーのエネルギー密度が走行距離を決定します。バッテリーのエネルギー密度が高いほど、各充電後に車はより遠くまで走ることができます。この新しいバッテリー方式は、バッテリーの充電時間と放電時間も増加させ、バッテリーの耐用年数を延ばします。さらに、新しいバッテリーはより速く充電されます（数分以内に、通常の時間ではなくなります）。

今日のリチウム電池は、液体電解質を使用して、リチウムイオンをアノード（バッテリーの負極）からカソード（バッテリーの正極）に転送します。バッテリーの充電が速すぎると、「金属ウィスカー」とも呼ばれるデンドライトがバッテリー内に形成され、液体電解質に浸透して短絡を形成し、爆発や火災を引き起こす可能性があります。液体電解質を放棄した後、研究者は、樹枝状の形成なしに電極としてアルカリ金属を使用できるようにするガラス電解質を使用しました。

従来の電池では、アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウム）を電極として使用することはできません。しかし、全固体電池では、アルカリ金属電極が陰極のエネルギー密度を高め、電池の寿命を延ばします。研究室の研究者は、バッテリーが低いトラフ抵抗を維持することなく、1200回以上充電および放電できることを観察しました。

さらに、全固体電池の電解質はマイナス20℃で高い導電率を維持できるため、この電池を使用する車は氷点下の環境でも正常に動作できます。この全固体電池は、摂氏マイナス60度でも動作します。

Cochrane Collegeの主任研究員であるKragaは、ポルトガルのポルト大学で固体電解質電池の開発を開始しました。 2年前、彼女はテキサス大学の研究者であるグッドイナフ教授、アンドリューJ.マーチソンと共にプロジェクトに取り組み始めました。ブラガはまた、固体ガラス電解質の組成と性質についてのグッドイナフ教授の理解が、オースティン大学の技術商業化局によって特許を取得した技術である電池への適用を可能にしたことを明らかにしました。

ガラス電解質により、研究者はデンドライトの形成を心配することなく、アルカリ金属をアノードとカソードに電気めっきすることができ、バッテリーの製造プロセスも簡素化されます。

この電池のもう一つの利点は、製造材料が環境に影響を与えないことです。 「ガラス電解質は、リチウムをナトリウムに置き換えることができます。ナトリウムは、海水に広く分布し、簡単に入手できます。」とブラガ氏は述べています。

グッドイナフ教授とグラガ教授は、バッテリーの研究と特許出願を続けています。次に、彼らはバッテリーメーカーと協力して、電気自動車やエネルギー貯蔵装置用の新しいバッテリーを開発し、テストすることを望んでいます。

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