リチウムイオン電池のエネルギー密度

一般的に言って、電池業界は常にエネルギー密度の大きな飛躍を模索しています。

これにより、米国にあるチームは、フッ化物に基づく技術を使用して、現在のリチウムイオン電池の10倍のアクティブ性能を提供できると考えるようになりました。

フッ素の原子量が減少するということは、基本的に、元素に高度に基づく二次電池が、リチウムイオン技術の通常の理論値よりも約10倍強力な非常に高いエネルギー密度を提供できることを意味します。

一方、フッ化物は、次世代のエネルギー貯蔵用高密度デバイスの強力な候補であると考えられています。ただし、それらは温度要求によって制限されます。

頑丈な状態のフッ化物イオン伝導電池は、電解質を適切に伝導させるために、150°Cを超える高温で機能します。これは、正常な細胞にとって顕著な困難です。

さらに、リチウムの金属アノードを主に融合しているすべての全固体電池は、従来のリチウム電池のエネルギー密度の問題に取り組む見込みがあります。

現在まで、リチウムの金属に対する頑丈な電解質の不安定性の結果として主に引き起こされるリチウムイオンの移動抵抗のために、実際のセルでのそれらの利用は有限でした。

さらに、非常に高いイオン伝導性とリチウム金属に対する高いバランスを示す最新の頑丈な電解質は、リチウム金属アノードを利用するすべての全固体電池にとって真のブレークスルーとなる可能性があります。

この進歩は、困難な水素化物に基づくリチウム超イオン伝導体を発見するための将来の取り組みを刺激するだけでなく、固体電解質材料分野の新しいトレンドを実際に開き、高エネルギーの開発につながる可能性があります。エネルギー密度電気化学デバイス。

固体状態のすべての電池は、実際には、最新のリチウム電池の現在の欠点を解決するための有望な候補です。解決すべき問題は次のとおりです。

・可燃性

・有限のエネルギー密度

・電解液漏れ等。

エネルギー密度の定義

一般的に、エネルギー密度は、システムまたは物質の特定の質量に実際に保持できるエネルギーの量です。材料またはシステムが枯れた場合のエネルギー密度が高いほど、その質量に保持されるエネルギーの量が多くなることに注意してください。

基本的に、エネルギーはさまざまな種類のシステムや物質に蓄えることができます。それにもかかわらず、材料は実際には4つの異なるタイプの反応でエネルギーを放出することができます。反応は次のとおりです。

・化学薬品

・電気化学

・核および;

・電気

システムで利用可能なエネルギーの量を計算する際には、非常に有用な、またはより優れた抽出可能なエネルギーのみが測定されます。すべての科学方程式において、エネルギー密度はUで表されます。

エネルギー密度は一般に約2つの方法で表されますが、最初の方法が最も一般的で一般的な方法です。彼らです：

・体積エネルギー密度

これは、システムの量と比較した、システムに含まれるエネルギーの量を指します。これは通常、1リットルあたりのワット時であるWh / Lで表されます。メガジュールで表現することもできます。

・重量分析エネルギー密度

これは、システム全体の質量と比較した、システムに含まれるエネルギーの量を指します。これは通常、キログラムあたりのワット時、つまりWh / kgまたはメガジュールで表されます。

ただし、密度が非常に高いからといって、このエネルギーをどれだけ迅速に利用できるかについての情報は実際には得られません。代わりに、知識は物質の電力密度に含まれ、これはエネルギーをすばやく出すことができる速度を表します。

また、高密度であると、主に電力密度が低くなります。

バッテリーセルのエネルギー密度の比較

バッテリーセルで利用可能なエネルギー密度のよく知られた比較には、次のものがあります。

・ニッケルカドミウム（NiCD）

バッテリーはエネルギー密度が比較的低いものの、活発に成熟し、よく理解されています。 NiCDは、長寿命、経済的コスト、高放電率が重要な場合に使用されます。

それらの主な用途は、生物医学機器、双方向ラジオ、専門家のビデオカメラ、および電動工具です。ただし、それらには有毒な金属が含まれており、環境に優しいものではありません。

・ニッケル水素（NiMH）

このバッテリーは、サイクル寿命が短くなりますが、NiCDと比較してエネルギー密度が高くなります。 NiMHには有毒な金属はありません。そのアプリケーションには、ラップトップや携帯電話が含まれます。

・鉛蓄電池

これらは、重量があまり問題にならない大電力アプリケーションの場合に最も経済的です。これらは、車椅子、非常灯、UPSシステム、および病院設備に推奨される選択肢です。

・リチウムイオン

それらは、市場で入手可能な最も急速に成長しているバッテリーシステムです。リチウム電池は、高エネルギー密度と軽量性が非常に重要な場合に使用されます。その技術は壊れやすいですが、安全を保証するために保護回路が必要です。そのアプリケーションのほとんどは、携帯電話とノートブックコンピューター上にあります。

最大理論バッテリーエネルギー密度

充電式バッテリーが300マイルの範囲の電気自動車に個別の充電で電力を供給するために必要なエネルギー密度は約600Wh / kgです。しかし、リチウム電池は今のところこのニーズを満たすことができません。

技術的には、限られたスペースに蓄えることができるエネルギーの量に既知の制限はありません。それにもかかわらず、電池の科学者は、最大理論比エネルギーとして知られている測定基準を持っています。

現在、市場で購入できる最もエネルギー密度の高い電池はリチウムイオン電池です。それらは実際には100-200Wh / kgの範囲です。

まとめるには

基本的に、リチウムの金属は、約3860 mAh g-1の高い理論容量と、標準水素電極と比較して約-3.04Vの最低の見通しにより、すべての全固体電池の重要なアノード材料であると考えられています。

それにもかかわらず、リチウムイオン伝導性の頑丈な電解質は、これらの電池の性能を決定する頑丈な電解質のイオン伝導性とバランスの結果として、すべての全固体電池の主要な特徴です。