電気自動車用バッテリーの改良技術

テスラモデルSは電気自動車業界の新しい最愛の人ですが、最近3回連続して火災が発生し（両方のバッテリーバージョンで60キロワット時と85キロワット時を含む）、火災の詳細な原因はまだ調査中です。

新しいテクノロジーと軽量素材の使用のおかげで、ModelSのバッテリーパックは時速0〜60マイルで加速するのにわずか4.4秒しかかかりません。これらの材料は活性があるため、車内のリチウム電池には完全な保護対策が必要です。車内のリチウム電池パックの重量は500ポンドで、車のシャーシにあります。ホイールベースと同じ幅で、ホイールベースより少し短いです。バッテリーパックの実際の物理的なサイズは、長さ2.7メートル、幅1.5メートル、厚さ0.1メートルから0.18メートルです。 0.18メートルの厚い部分は、2つのバッテリーモジュールの重ね合わせによるものです。この物理的なサイズは、上下、左右、前面と背面のパッケージパネルを含むバッテリーパックの全体的なサイズを指します。このバッテリーパックの構造はユニバーサルデザインです。 18650タイプのセルに加えて、他の適格なセルもインストールできます。さらに、バッテリーパックは密閉され、空気から隔離されるように設計されています。使用される材料のほとんどは、アルミニウムまたはアルミニウム合金です。バッテリーはエネルギーセンターであるだけでなく、ModelSシャーシの一部でもあると言えます。その強力なシェルは、車両をサポートする上で良い役割を果たすことができます。

しかし、それでも発火したため、研究者は新世代の電気自動車用バッテリー技術の開発をスピードアップする必要があります。

この夏、米国エネルギー省の先端研究プログラムであるAPRA-Eは、研究者が次世代バッテリー設計を開発するための確固たる基盤を築くのを支援するために3,600万ドルを投資しました。これらには22の技術プロジェクトが含まれ、そのすべてが電気自動車をより効率的かつ低コストにすることを目的としています。

ニッケル水素電池：ハイブリッドから純粋な電気自動車まで

多くのバッテリー研究者の1人であるBASFの化学技術者であるMichaelFelcenkoは、APRA-Eから資金提供を受けて、ハイブリッド車で元々使用されていたニッケル亜鉛バッテリー技術を純粋な電気自動車に拡張しようとしました。

一般に、ニッケル水素電池のエネルギー密度は1 kWh / kgです。純粋な電気自動車に適用するには、BASFはニッケル水素電池のエネルギー密度を1キログラムあたり30〜50キロワット時まで増加させる必要があります。このアプリケーションの成功の鍵は、ニッケル水素電池のエネルギー密度を望ましい値まで高め、コストを削減できるかどうかです。

この目標を達成するための1つの可能な方法は、バッテリーに必要な希土類元素を交換することです。希土類元素は総称です。このグループには17種類の要素があります。希土類元素が呼ばれる理由は、その埋蔵量が少ないためではなく、主に鉱山に存在し、開発プロセス中に多額の費用がかかるためです。従来のニッケル水素電池では、エネルギーの50％以上が希土類元素の反応によって生成されます。ただし、このような要素のストレージパフォーマンスは低くなります。

この問題を解決するために、BASFは低コストの金属水素化合金の使用を試みました。 Fetcenko教授は、この材料がニッケル金属水素電池の化学的性質を改善し、それらのコストを削減できると信じています。ただし、純粋な電気自動車の場合、リチウム電池には軽量または低密度という重要な機能もあるため、ニッケル水素電池の化学的性質を少し改善するだけではリチウム電池に取って代わることはできません。

空気亜鉛電池：補聴器から車まで

カリフォルニアの企業であるEnZinccによると、空気亜鉛電池は次世代の電気自動車用電池技術をリードするでしょう。同社の研究チームの責任者であるマイケル・バーツ氏は、次世代の電気自動車用バッテリーには、高性能、安全性、低コストの3つの要素が必要であると述べました。彼と彼のチームは、これら3つのポイントを達成するために、バッテリーの設計スキーマ/アーキテクチャを変更しようとしています。

彼は、バッテリーの構造は100年以上変わっておらず、人々はまだ箱の外で考えることができないと指摘しました。いわゆるバッテリーアーキテクチャには、正、負、電解質の3つの要素が含まれます。正極は電子を放出し、負極は電子を受け取ります。正極と負極は電解質によって分離されており、電解質はイオンの自由な流れの媒体として機能します。

リチウムイオン電池では、リチウムイオンは酸化リチウムの正極から炭素ベースの化合物に負に移動し、有機電解質を使用します。空気亜鉛電池は異なります。正極は炭素を使用して空気中の酸素を吸収し、負極は亜鉛合金です。亜鉛も良性の物質であり、電池の副産物は日焼け止めの主成分である酸化亜鉛です。

上記の方法により、空気亜鉛電池は、高効率、低コスト、安全性という3つの特性を実現できます。

その場合は、今すぐ技術を普及させてみませんか？それは充電できない空気亜鉛電池です。これが、現在、補聴器などの小型デバイスでのみ使用されている理由です。 EnZincは、空気亜鉛電池を充電できるようにするために、通常の酸素と亜鉛金属をアルカリ電解液に入れ、亜鉛の酸化反応によって電流を生成し、再充電後に酸素と亜鉛を再生できるという新しい計画を策定しました。そのため、サイクルは継続し、バッテリーのエネルギー密度が増加します。

新しいアプローチ：バッテリーの減量

電気自動車のバッテリーの開発には多くの方向性があります。エネルギー密度と性能の向上に焦点を当てている研究者もいれば、バッテリーの軽量化に焦点を当てている研究者もいます。たとえば、米国のオークリッジ国立研究所のGabriel Veith教授と彼のチームは、バッテリー保護システムの重量を減らす方法を研究しています。

Gabriel Veithは、電池の安全システムとして機能する軽量の電解質材料の開発を望んでいる材料科学者です。

Veith氏は次のように説明しています。「電気自動車が衝突すると、材料は相転移を起こし、浸透が困難になります。」この特性により、最近のテスラのバッテリー火災の問題を解決できる可能性があります。現在のチームの問題は、材料の応答性能を向上させることです。 Veith氏は次のように述べています。「電気自動車の衝突からわずか5分後に相転移が発生した場合、これは意味がありません。」

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