リチウムイオン電池の歴史-歴史、開発、そして未来

リチウムイオン電池は、今日最も強力な電池化学として世界中で知られています。しかし、多くの人が知らないのは、これらのバッテリーが今日のバッテリーになるまでに長い道のりを歩んできたということです。さらに、まだまだ改善の余地があります。世界中の科学者は、安全性を保証しながら、バッテリーのパフォーマンスを向上させるために今も取り組んでいます。

ノーベル賞組織の関係者は最近、軽量で電力が大きいため、リチウムイオン電池がすべての家の一部になっていることを認めました。バッテリーは無敵の容量を備えているため、太陽光発電や風力発電のエネルギー貯蔵システムの稼働に最適です。このように、世界は化石燃料のない社会に向かっています。

リチウムイオン電池はいつ発明されましたか？

1970年代、巨大な石油危機が全世界を襲った。この災害は、英国の化学者であるスタンリーウィッティンガムのアイデアに影響を与え、永続的な解決策を考え出しました。当時、彼はエクソンモービルで働いていたので、自己充電機能を備えたバッテリーのアイデアで彼をさらに励ましました。彼は、化石燃料への人間の依存を排除できるようなバッテリーについて考えました。

これらのバッテリーを開発する最初の試みは1970年に始まりました。科学者たちはすべてに電力を供給するバッテリーを見つけようとしていました。本発明は、携帯用電子機器、電気自動車および携帯電話の発明と同時に実行された。

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数週間前、ジョン・B・グッドイナフ、M・スタンリー・ウィッティンガム、吉野彰の3人の天才がノーベル化学賞を受賞しました。このジェスチャーは、リチウムイオン電池の開発への貢献に対する感謝の気持ちでした。

リチウムは電池のどこから来るのですか？

リチウムは2つの主要な供給源から来ています。鉱山と塩水。 2つのうち、後者は世界のリチウムの約87％を処理し、それを主要な供給源にしています。

塩水からのリチウム

リチウムが抽出されるブライン水源はいくつかあります。それらの中には、金属を最も多く含むブリニー湖やサラール族があります。彼らはボリビア、アルゼンチン、チリにあります。

サラから、リチウムは炭酸リチウムとして回収されます。たまたまリチウムイオン電池の原料です。

この材料を製造するプロセスは非常に簡単です。海塩を抽出するのと同じように、必要なのは自然蒸発だけです。このプロセスでは、リチウムと、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウムなどの他の金属が残ります。

海水のリチウム濃度は最も低くなっています。約0.17ppmと推定されています。ただし、海水の場合、膜、フィルター、イオン交換樹脂を使用してリチウムを簡単に回収できる場合は20％です。

ブラインマイニング

これは非常に長いプロセスであり、完了するまでに8か月から3年かかります。塩水からリチウムやその他の金属を抽出できる技術を考案するために、さまざまな科学者からの研究が進行中です。彼らは地熱発電計画の使用に焦点を合わせています。これが成功すれば、地熱ブラインはリチウムの収集を蒸発よりも速くすることができます。

油田ブライン

油田ブラインは、石油の掘削プロセスがあるたびに泡立つ汽水です。このリチウムは収集され、産業で使用されます。

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より伝統的な鉱山

世界のリチウムの13％は伝統的な鉱山から来ています。ハードロック（ペグマタイト）は、塩水よりもリチウム含有量が高くなっています。しかし、このプロセスは非常にコストがかかります。

リチウムイオン電池の開発と将来は？

ウィッティンガムは、最初に二硫化チタンとリチウム金属を使用してプロジェクトを開始しました。それらを組み合わせて電極を作成しました。しかし、彼らには非常に多くの問題がありました。たとえば、彼らは重大な安全上の懸念を持っていました。ある時点で、バッテリーが短絡し、炎上しました。スタンリーは実験を中止し、おそらく設計図に戻らなければなりませんでした。

それはすでに動いているアイデアだったので、他の多くの科学者はそれを見抜くことに興味を持っていました。ジョン・B・グッドイナフはそのような心の一人でした。彼は別のアイデアを一緒に持っていて、さまざまな素材で試してみたかったのです。

1980年にGoodenoughはカソードとしてコバルト酸リチウムを持ち込み、二硫化チタンを落としました。現時点では、結果は有望であり、2倍のエネルギーでより安全なバッテリーを製造しました。

ウィッティンガムのアイデアは、バッテリーの未来を変える可能性のある後押しを受けていました。それでも、それは完璧に近くさえなく、多くのことがまだうまくいかない可能性がありました。電力を保持する能力が向上する一方で、短絡の可能性が減少しました。しかし、それでも、リチウムイオン電池の真の力を引き出すためにできることがありました。

現時点では、日本の名古屋にある名城大学の吉野彰が、他の2人が始めたことを改善するために大義に加わった。彼は、今日私たちが目にしているリチウムイオン電池の基礎を築く重要な交換を行いました。

吉野は反応性が高いため、アノードとしてリチウム金属を使用しませんでした。代わりに、彼は炭素質金属と石油コークスを状況に導入しました。これらの2つの要素は、革新的な発見への扉を開きます。これで、バッテリーはより安全になっただけでなく、より安定したパフォーマンスも得られました。

そしてそれとともに、世界はリチウムイオン電池の最初のプロトタイプを受け取りました。今日、私たちはバッテリーの使用を楽しむことができます。なぜなら、より良い心が物事をさらに良くするために働いたからです。

リチウムイオン電池の最初の商業生産は1990年代初頭でした。初期のリチウムイオン電池では、リチウムがカソードとアノードの間を可逆的に移動していました。それはラザリとセロサティが取ったロッキングチェアと呼ばれていました。他の開発が思い浮かび、例えば、リチウム化遷移金属酸化物を導入するGoodenough研究所がありました。

現代の市場のリチウムはこれほど簡単ではありません。大小両方のデバイスには、さらに多くの市場があります。パフォーマンスと安全性を向上させるために、より優れた機能が追加されました。たとえば、これらのバッテリーは現在、カソードとしてLiCoO2を使用しています。

電動自転車やEVの登場により、より強力なバッテリーの需要が増え続けています。リチウムイオン電池が主導権を握っており、まだ改善の余地はありません。

結論

リチウムイオン電池は、世界で最も使用されている電池です。科学者がそれを改善するために働き続けているので、否定はありません、未来はまだこの化学のために開かれています。それ以来、彼らはより良い機能を備えたバッテリーを探しています。リチウムイオン電池の未来はどこにあるのか、はっきりとは言えません。しかし、私たちは確かにより良いことが来ることを知っています。