リチウム電池技術を突破するのが難しい理由

2014年9月、同社は新世代のiPhoneをリリースした。前世代の製品と同様に、これはプロセッサとグラフィックチップを備えた最新のスマートデバイスであり、パフォーマンスを大幅に向上させます。しかし、Appleや他の携帯電話メーカーは、会議でコンポーネントの1つが何年も変わらないことについて言及したことはありません。それがリチウム電池です。スマートフォン、タブレット、テスラ電気自動車を含むすべての電子機器は、1991年にソニーが発表した最初の商用リチウムイオン電池と同じリチウム電池技術を使用しています。

過去23年間、人々は革新がないわけではなく、世界中の研究者が新しいバッテリー技術の研究開発をあきらめたことはありません。 2014年に一連のブレークスルーが行われたか、充電効率、バッテリー容量、加熱冷却など、従来のリチウムイオンバッテリーはますます優れた性能を発揮しており、多くの新しいバッテリー技術が光を当てているようです。

しかし、これまで、バッテリーの時代はまだ人を満足させるのは難しいです、バッテリー技術は依然として最大のボトルネックであり、すべての電子機器の進化と工業化の観点から、革命的なブレークスルーからのバッテリー技術はまだありますたくさんの距離。

あなたはあなたのケーキを持ってそれを食べることはできません

なぜバッテリー技術は画期的なものとは思えないのですか？主力リチウムイオン電池、何が問題なの？

リチウムの原子番号は3です。これは、プロトンが3つあることを意味し、アルカリ金属元素の中で最も軽いため、携帯用電池のアノード材料の調製に適した最も有名な材料の1つになります。

もちろん、リチウムに加えて、リチウム電池には、リン酸鉄、マンガン、グラファイト、チタン酸塩、その他の金属および非金属材料が含まれます。以前のニッケル電池と比較して、リチウム電池はより小さく、より軽く、より高いエネルギー密度であり、ニッケル電池に15年もかからず、電池技術が電子機器の主流になりました。

しかし、それはいくつかの問題も存在します、主なものは暑いです。リチウム電池の充放電プロセスは、高密度の内部空間で大量の熱を発生する可能性があります。

スマートフォンやその他の小型電子機器の場合、容量制限のため、熱は大きな問題ではありません。携帯電話の設計の内部に依存することで、熱伝導率の熱放散の問題を解決できますが、テスラの電気自動車の場合、このシャーシは数千で覆われていますリチウムイオン電池の大物の場合、対応する冷却対策を講じる必要があります。

そのため、ほとんどすべての電気自動車またはハイブリッド車のリチウム電池パックには、大量の液体冷却装置が付属していますが、それでも、電気自動車の電池の爆発事故や、場合によっては発生することがあります。

リチウム電池のリチウムイオンの数は固定されており、電池の寿命を延ばしたいので、電池の数を増やす必要がありますが、それは重機、熱爆発、より高いカロリー値とより高い可能性を意味します。より安全に、またはよりポータブルにしたい場合は、バッテリーの量と使用時間を犠牲にする必要があります。

リチウム電池の交換

この一連の考えに沿って、研究者たちは、ブレークスルーの方向性は、より安全で、より高いエネルギー密度の材料、リチウム電池の交換の探求であると考えました。

空気はより良い選択の1つになる可能性があります、少し前に、イスラエルの技術会社は新しいタイプのバッテリー電極としてアルミニウムと空気を使用して開発しました、バッテリーは空気中の水分子を利用でき、アルミニウムは反応して放電します。

実際、この種の金属空気電池技術は1960年代初頭に登場しました。その原理は、高純度アルミニウムアノードの99.9％、カソードへの酸素の水分子、電解質としての水溶液、吸収するアルミニウムプレートに基づいています。酸素、完全な放電プロセス。

化学プロセスでは、最終製品は水酸化アルミニウムであるため、この種のバッテリー技術はより安全で安定し、アルミニウムに見えます-空気バッテリーのエネルギー密度はリチウムバッテリーの品質よりもはるかに高く、理論上のエネルギー密度は8.1KWHに達する可能性があります/ kg。高エネルギーリチウムイオン電池で使用されるテスラ電気自動車のエネルギー密度はわずか約0.3KWH / kgです。

バッテリー技術の画期的なアイデアの分野で同様に人気のあるもう1つの方法は、リチウムバッテリーを交換できない場合は、充電方法を使用することです。

現在、最も人気のある代替充電方法は、ワイヤレス電源技術です。これは、携帯電話メーカーがワイヤレス充電携帯電話のトレイを発売した初期の年ではなく、より効率的なワイヤレス電源技術であることに注意してください。

原則として、ワイヤレス充電とワイヤレス電源に大きな違いがない場合は、どちらも電磁誘導、共振、または結合の原理を使用しています。1890年の父ニコラテスラの交流（ac）のアイデアに端を発し、彼は次のように提案しました充電器と空気輸送電荷の機器との間の磁気共振、共振の形成における充電器と機器との間のコイルおよびコンデンサ、これにより効率的な電気の伝達を実現する。

イメージポイント、そしてソプラノ歌手は同じ振動周波数のいくつかを取るかもしれませんガラスの歌は真実ですが、電子機器の電磁誘導と共鳴爆発ではありません。

ワイヤレス充電と比較して、ワイヤレス電源の利点は、距離の制限を突破することです。送信機ソリューションは、電力伝送で10メートルに達することができる最も遠い距離を行っています。

比較され、多くの場合、数百メートルのワイヤレスネットワーク、ワイヤレス送電距離、およびいくつかの短いものですが、少なくとも技術レベルでは、ワイヤレス電源は最初のステップから外れていると見なされています。

より大きな問題

では、なぜ人々は空港、ホテル、またはコーヒーショップのワイヤレスネットワークに似たものをワイヤレス電源で熱く見ないのでしょうか。

実際、無線電源の普及の最大の障害は、伝送距離が長くないことなどの技術的な問題ですが、無線電源の市場に出回っているさまざまな種類の電子機器の標準互換性の問題は範囲を超えています科学研究者の管理の。

たとえば、ソプラノ歌手のように、カップの振動数が違うと、ガラス一杯に爆轟を歌いたいというのは無理です。

しかし、2008年以上の国際企業や業界団体は、ワイヤレス電力伝送の国際標準アライアンスを設立し、統合ワイヤレス電源の技術標準に取り組んでいると、中国企業の組合のメンバーは、 WiFi統合時間はそれほど遠くないはずです。

対照的に、リチウムイオン電池の新しい電池技術スキームを置き換えることははるかに困難になります。最も有望な金属-空気電池技術は、使用中のプロセスで電池に水を追加する必要があるなど、解決する必要がある多くの実際的な問題がまだありますパック、充電式電池ではありません、水酸化アルミニウムを完全に酸化した後のアルミニウム板、それはアルミニウム板を交換する必要があります。

これは間違いなくコストを増加させ、金属空気電池技術の使用を防ぎますが、幸いなことに、研究者たちは現在、アルミニウムの酸化反応時間を延長し、アルミニウムのリサイクルのコストを削減して、技術をできるだけ早く商業化しようとしています。

モットケイトリン大学の基礎工学センターの研究者であるケビン氏は、技術レベルが商業的要件に達したとしても、それらを電子機器の大規模な用途を備えた完成品にするまでには長い時間がかかると考えています。特別なトリガーが発生しない場合、少なくとも最近5年間で真の成熟した革新的なバッテリー技術を見るのは困難です。

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