リチウムイオン電池のエネルギー密度に対するリチウムイオン貯蔵の影響の簡単な説明

縮小しているかどうかにかかわらず、年の初めに年末にどのように達成するかを確信した企業。リチウム電池の「黄金の」流行で実りある結果を達成した企業は、突然の政策変更に悔い改めた後、当初の依存を忘れてしまいました。今年の激動にもかかわらず、リチウム電池の人々は、2017年が本当にエキサイティングであることを認めなければなりません。

今年は、大手企業に対する市場のマタイ効果がより顕著になり、中小企業の排除が始まった。今年は電力会社と自動車会社の連携がさらに深まり、両者の統合が業界のコンセンサスになりました。資本は業界により多く刻印されています。合併や買収であろうとIPOであろうと、資本は電力会社にとって不可欠な選択肢になっています。

技術的な観点から、2017年は初年度として歓迎されます。リチウム電池の父ジョン・グッドノーフを皮切りに、主要企業や研究機関は、2017年の「全固体電池」の戦場で、全固体電池の初年度に向けて剣を次々と展示してきました。 BMW、ダイムラー、GM、フォルクスワーゲン、トヨタ、ホンダ現代などの主流自動車メーカーが燃料電池車の進歩を発表しており、2017年は燃料電池の初年度です。三元市場は、リン酸鉄リチウムの追い越しを説明しました。リン酸鉄リチウムに準拠したBYDは、来年、純粋な電気自動車を2017年に三元電池の初年度に転換すると発表しました。

2017年に言う価値のあることは多すぎますが、私が強調したいのは、パワーバッテリーの場合、リチウムバッテリーは常に主流の技術ルートであり、少なくとも数十年は交換されないということです。その中で、リチウム電池技術の短期的な目標は、高ニッケル三元正極とシリコン-炭素負極を介して300wh / kgを達成することです。中期（2025）の目標は、リチウムが豊富なマンガンベース/大容量のSi-C負極に基づいており、モノマー400 wh / kgを達成します。期間は、500wh / kgのモノマー比エネルギーを達成するためにリチウム硫黄およびリチウム空気電池を開発することです。

もちろん、この長期的な目標についてはまだ議論されておらず、特にリチウム電池のスペクトルが広い業界では、科学の発展は予想外であることがよくありますが、その中心的な問題は、エネルギー密度、電力密度、および安全性を解決することです。

今週のリチウム電池業界の新技術とイベントのいくつかを見てみましょう。

1.新しい燃料電池触媒は水素製造コストを大幅に削減します

外国のウェブサイトによると、カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）の研究チームは、メタンから水素を生成する新しい方法を模索しました。これは、以前の技術よりも安価で、温室効果ガス（二酸化炭素など）の生成も防ぎますか？

UCSBチームは、新しい触媒システムとしての溶融金属と溶融塩の使用を研究しました。実験は、溶融合金中の異なる金属の組み合わせがそれらの触媒活性を高め、メタンを水素と固体炭素に変換する可能性があることを示しています。研究者たちは、メタンを水素に変換するシングルステップ方式を開発しました。これは、従来のSMR方式よりも簡単で安価であり、副産物は貯蔵に便利な固体炭素です。

研究者たちは、触媒的に活性な溶融金属反応器の底にメタンガスを導入しました。気泡が上昇すると、メタン分子の容器壁の触媒が接触して炭素と水素を形成します。メタンの泡が容器の上部に到達すると、水素に分解され、反応器の上部から放出されます。液体金属の上に浮かぶ炭素固体も簡単に分離できます。

溶融金属合金の表面は、固体表面で発生する反応に依存する従来の方法と比較して、炭素の蓄積によって失活することがなく、無期限に再利用することができます。反応生成物は反応を促進するために時間内に反応系から分離され、プロセスは原則として高圧下で操作することができるので、メタンの変換率は高い。

コメント：現在の燃料電池の工業化はまだ大きくなく、水素の需要は強くありません。したがって、何十年にもわたって商業化されてきたこの水蒸気メタン改質技術（SMR）は、冷たくはありません。結局のところ、SMRは多くのエネルギーを消費するだけでなく、二酸化炭素も生成します。しかし、燃料電池技術のアップグレードにより、スケールアプリケーションが実現されると、この新しいタイプの触媒の価値は幾何学的な倍数に反映されます。

2.新しい複合リチウム電池セパレーターはリチウムイオンを貯蔵することができます

スウェーデンのウプサラ大学のLeifNyholm教授とWangZhaohui研究者は、シンプルで経済的な製紙方法を使用して、レドックス活性複合リチウムイオン電池セパレーターの合成に成功し、不活性膜層をリチウムイオンに創造的に変換しました。導電性高分子材料層の貯蔵容量は、リチウムイオン電池のエネルギー密度を効果的に増加させます。

核となるアイデアは、従来の厚いダイアフラムを、薄い絶縁層と厚い活性層で構成される2層ダイアフラム（レドックスアクティブセパレーター）に変換して、リチウムイオン電池の容量密度を高めることです。

レドックス活性セパレーターの薄い絶縁層はナノセルロース繊維（NCF：ナノセルロース繊維）で構成され、厚い活性層はナノセルロース繊維と導電性高分子ポリピロール（PPy：ポリピロール）複合材料で構成されています。設計では、PPy層をバッテリーの正極に対して配置する必要があります。これは、電気化学的に活性なPPy材料が、バッテリーの動作時に陰イオン脱インターカレーションメカニズムによって正極材料以外の容量をバッテリーに提供できるためです。

コメント：理論的には、ダイアフラムを介したリチウムイオンの貯蔵は、実際にエネルギー密度を大幅に増加させる可能性があります。ただし、エネルギー密度を上げる方法はたくさんあります。新しいダイヤフラムがリチウムイオンを蓄える以外に、従来のダイヤフラムの基本的な機能を持っているかどうかはわかりません。ダイヤフラムの存在が電解質に影響を与えるかどうかは、多くの実験が不足しています。最も重要なことは、大量生産が達成できるかどうかです。そうでなければ、この絞りの意味は消えます。

3. ASUの研究者は、リチウム電池の安全性の問題を解決するために、電解質の代わりにセラミックを使用しています

アリゾナ州立大学の専門家は大きな問題を解決しました、そして将来のバッテリーは携帯用の小さな電子部品になるでしょう。 Chanのチームは、セラミックを可燃性電解質に置き換えることを提案しました。安全上の問題のほとんどは短絡によって引き起こされます。電解液は発火しやすく、ガス放出や材料劣化などの連鎖反応を引き起こします。

研究者たちは現在、電解質を置き換え、高いイオン伝導性を維持するために、より安定した固体材料を使用しています。現在の課題は、多くの固体電解質がもろいことです。チームは、リチウムイオン伝導性セラミックナノ材料とポリマーの融合を模索して、目的の固体電解質を実現し、優れた機械的特性と高いリチウムイオン伝導性および安全性の向上を確保しています。

コメント：全固体電池は目新しいものではなく、セラミック全固体電解質は、全固体電池の多くの技術ルートでさえランク付けされていません。それらの優れた電気化学的性能は、それらのアプリケーションシナリオを制限します。もちろん、携帯電話のデジタルなどの分野では、硫化物や酸化物などの固体電解質の研究方向よりも応用の難易度は低い。ただし、一般的に、セラミック全固体電池はリアルタイムで消費者に適用する必要があります。

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