アルミニウム系負極電池とは何ですか？

再生可能エネルギーの世界はここ数年着実に成長しており、リチウムイオン電池が最も重要な役割を果たしています。これにより、電気自動車や優れたモバイル デバイスなどの高性能バッテリー駆動デバイスが台頭しました。

しかし、それらはすべて、高まり続ける需要を満たすために、改良された低コストの電磁エネルギー貯蔵を必要としています。消費者に最高の結果を提供するために、より高いエネルギー密度を備えた新しい材料システムがより優れた電池を製造するために使用されています。現在、最大のプレーヤーはリチウムと鉛酸です。

リチウム、コバルト、リンには、より有望な将来があるようです。しかし、消費者がアプリケーションを楽しむのを難しくするいくつかの問題がまだ残っているため、十分ではありません。

そのため、研究者やメーカーは新しい化学物質を常に探し続け、電池技術を多様化させてきました。しかし、それでも素材が多すぎてどれが最適なのか判断するのが難しい場合があります。

さらに有望なコンセプトとして、高価数の全固体アルミニウムイオン二次電池のアイデアが生まれました。ここがアルミベース

アルミニウム系負極電池の意味

アルミニウム系負極電池は、金属アルミニウムを負極として使用する電池化学です。この材料を使用すると、通常のリチウム電池の 4 倍の体積容量が得られるという利点があります。それとは別に、アルミニウムが地殻で最も豊富な金属であることを考慮すると、より手頃な価格の電池を製造できます。

したがって、アルミニウムイオン電池は、現在の世界中のエネルギー転換に最も重要な貢献を果たす可能性があります。科学者たちは、この材料が正極および電極としてどのような可能性をもつのかをまだ確立していませんが、すでにある程度の進歩は見られます。だからこそ、負極のみが活躍するのです。

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素材について

長年にわたり、研究者らはリチウムベースの二次電池の優れた負極候補としてアルミニウムを検討し、テストしてきました。この概念は比較的新しいように見えますが、1970 年に開始されました。長年にわたって多くの研究が行われ、主にアルファ相 (fcc、Al) とベータ相 (立方晶、LiAl) の間の相変態に焦点が当てられました。室温でのエネルギー容量が増加します。

当初、主要な業界関係者は、ソニーがリチウムイオン電池を発表して勢いが増すまで、Li-Al 負極を使用し、理解しようと努めていました。 90年代初頭から負極としてグラファイトが使用されていました。次の数年間で、最高の比容量を実現できる完璧なアノードの探索において大きな変化が見られました。シリコン、スズ、ゲルマニウムが主な検討材料となっています。

数多くの試みにもかかわらず、Al ベースの陽極での成功は限られたものしか見当たりません。これは主に、脱リチウム化時の強い機械的歪み、脆さ、電極の粉砕の問題によるものです。それにもかかわらず、この化学反応はバッテリー業界で最高のものの 1 つであり、他のどのバッテリーよりも多くの用途に使用できます。

アルミニウムベースの負極電池を選択する理由

バッテリーを製造する際、メーカーは容量や性能などのさまざまな要素に基づいて作業を行います。だからこそ、さまざまな素材をテストして、より使いやすい素材を見つけ出すのです。

錫は、リチウムイオン電池の黒鉛負極の代替品としてよく選ばれてきました。これは主に、スズがグラファイトよりも質量と体積の容量が大きいためです。

しかし、このような特徴を持つのは錫だけではありません。また、Al はリチウムと驚くべき反応を起こし、金属間化合物を生成します。このように、リチウムに代わる優れたアノードとなる重要な特徴を備えていることが発見された。

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これがバッテリーの未来になる可能性がある理由は次のとおりです。

より高い容量。すでにご存知かもしれませんが、容量は消費者が良いバッテリーを探す際にチェックする主な要素の 1 つです。アルミニウム負極バッテリーは容量が大きいため、日常使用に最適です。

素晴らしいパフォーマンス。アルミニウムベースの再充電可能な全固体電池は、ハイエンド電池の将来の需要を満たす上でより有望であるように思われます。電気化学的機能中に 3 つの電子を交換できるため、負極として使用されます。

高い容積容量。理論的には、アルミニウムは体積容量が最も大きいため、アルミニウムベースの電池の負極として説得力があります。

エネルギー密度が向上します。エネルギー密度を抜きにして最高のバッテリーを語ることはできません。これらのバッテリーはエネルギー密度が高く、より効率的で応用可能です。

アルミニウムは供給源が豊富にあるため、手頃な価格のバッテリーを製造するのに最適です。このような機能を備えたエンジンがまだ普及していないのはこのためです。

アルミニウムベース負極電池の主要な負極材料

多くの人は、これらのシステムがどのように機能するかを理解せずに、バッテリーを使用してデバイスを実行しています。それでも、そのようなことを知っていれば、より多くの情報に基づいてユーザーが決定を下すのに役立ちます。このケースでは、アルミニウムベースの負極電池の主要な負極材料を見てみましょう。

アルミニウムイオン電池という言葉を聞いて、それが何を意味するのか疑問に思ったことがあるかもしれません。一般に、それはすべてアノードを製造する材料に含まれています。

前述したように、黒鉛と錫はリチウム系電池の負極に最適な材料として長年使用されてきました。しかし、アルミニウムも主要な原因となっているため、これはもはや当てはまりません。材料の内部は、電極間の Al3+ イオンの流れによって定義されます。したがって、アノードの主な材料はアルミニウムです。

アルミニウム系負極電池の応用

アルミニウム負極バッテリーは一般に、軽量で非鉄耐性があり、延性があり、さまざまな用途に適した強力なソリューションです。ただし、どこでも使えるというわけではありません。より多くのエネルギーを必要とし、バッテリーを効率的に使用できるアプリケーションもありますが、同じ可能性を提供できないアプリケーションもあります。

特殊な燃料電池として使用されます。この場合、アルミニウム負極電池は次のような分野で非常に効果的であり、商用の可能性があります。

軍隊

民事

水中電力システム

通信システムのバックアップ電源

ポータブル電源。

このバッテリーは、高い比エネルギー、長い耐用年数、非毒性材料、および強力な適応性を備えています。つまり、どのバッテリーにとってもより厳しい条件でも使用できるということです。彼らのパフォーマンスは現時点では最高レベルです。

しかし、アルミニウム負極電池はまだあまり普及していません。通常のリチウムイオン電池とLiPo電池が依然としてリードしています。それでもAl電池が採用されている分野は多い。