研究者はリチウム電池の代替品を紹介します

（CN）-世界的な需要が高まるにつれ、電池の製造に必要な鉱物資源は逼迫する可能性がありますが、ジョージア工科大学の研究者は、従来のリチウム電池構造の実行可能な代替案を見つけた可能性があると述べています。

ジョージア工科大学の科学者たちは、カリウムとナトリウムで作られたバッテリーは、バッテリーの保管に有望であり、おそらくリチウムよりも優れていることを新しい研究が示唆していると述べています。

チームは火曜日にジュール誌にカリウムとナトリウム電池の研究の概要を説明する研究を発表しました。カリウムとナトリウムは、リチウムなどの他のイオンよりも虫歯になりやすいため、セル生産に適したイオンではないと言われています。

「しかし、これが常に当てはまるとは限らないことがわかりました」と、ジョージWウッドラフ機械工学部の助教授であるマシューマクダウェルは声明の中で述べています。

科学者たちは、リチウム、ナトリウム、カリウムの3つのイオンとミネラル黄鉄鉱粒子との反応を研究しました。彼らは、黄鉄鉱がナトリウムおよびカリウムとの反応中により安定していることを発見しました。これは、ナトリウムまたはカリウムイオンに基づく電池が以前に考えられていたよりもはるかに長い可能性があることを示している可能性があります。

バッテリーが充電および放電されると、イオンはバッテリー電極を構成する粒子と反応し、粒子に浸透します。研究によると、このプロセスにより電極粒子の体積が大きく変化し、しばしばそれらが小さな断片に分解されることが示されています。ナトリウムイオンとカリウムイオンはリチウムよりも大きいため、これらのイオンはバッテリー電極の劣化を引き起こすと考えられています。

リチウムイオン電池は、電力密度が高く、コストが比較的低いため、携帯型電子機器、電力網、および成長するハイブリッド車や電気自動車のエネルギー貯蔵に最適です。

米国地質調査所によると、バッテリーは世界のリチウム消費量の39％を占めています。

ジョージア工科大学の科学者は、カリウム、リチウム、ナトリウム、硫化鉄の電池電極を使用した電子顕微鏡を使用して化学反応を観察しました。研究によると、彼らは硫化鉄がリチウムよりもナトリウムやカリウムと反応したときに安定していることを発見しました。

ジョージア工科大学の大学院生であるMattheeBoebinger氏は、「非常に強い反応が見られ、切れ目はありませんでした。これは、この材料や他の同様の材料をこれらの新しい電池に使用でき、安定性が高いことを示しています」と述べています。

バッテリーには、カソード、アノード、電解液の3つの主要コンポーネントがあります。陰極と陽極が接続されると、電子が陽極から陰極に流れ、電流が発生します。

リチウムは通常、バッテリーのカソードに存在しますが、電解質は通常、リチウム塩の形で存在します。アノード材料は、通常、炭素ベースであり、通常はグラファイトである。リチウムイオン電池は、アルカリ電池の2倍の電力を生成できます。

「リチウム電池は、エネルギー密度が最も高いため、今でも最も魅力的です。このスペースに多くのエネルギーを詰め込むことができます」とマクダウェル氏は述べています。 「ナトリウム電池とカリウム電池は、現時点では密度が高くありませんが、リチウムリチウム電池よりも地球上に1000倍豊富な元素に基づいています。したがって、大規模なエネルギー貯蔵のために、将来的にははるかに安くなる可能性があります–家族のために将来のグリッドにバックアップ電力を提供することは非常に重要です。」

米国地質調査所によると、2016年の世界のリチウム生産量は約12％増加し、バッテリーアプリケーションの需要の増加に対応しています。

リチウム埋蔵量は、北アメリカ、南アメリカ、アフリカ、アジア、オーストラリアの5つの大陸に分布しています。南アメリカが最も集中しており、世界のリチウム埋蔵量の約66％を占めています。

リチウムを生成する主な方法は、塩水とハードロックの2つです。ブラインを使用する場合、ミネラルは水溶液に濃縮されており、抽出可能です。ペグマタイトの硬岩供給は世界中で発見されていますが、花崗岩に富むペグマタイトはまれであり、世界のペグマタイト鉱床の1％未満を占めています。

チリは世界で2番目に大きなリチウム生産国であり、リチウム埋蔵量が1位です。その埋蔵量は岩塩坑に保存されており、主な鉱床はアタカマ塩原です。この面積は約3,000平方キロメートルの面積をカバーし、680万トンのリチウム埋蔵量があると推定されています。

昨年の秋、スタンフォード大学の科学者による研究は、北米周辺の火山にリチウムの埋蔵量が増える可能性があることを示しました。これは、米国の国際的なリチウム供給への依存を減らすのに役立つ可能性があります。

リチウムの現在の年間消費量は、推定される世界の抽出可能なリチウム埋蔵量と比較して少ないですが、スタンフォード大学の研究者は、リチウムの需要が2030年までに重要になる可能性があると述べています。モバイルエレクトロニクス、ハイブリッドおよび電気自動車でのリチウムイオン電池の使用には、発見が必要です。増大する需要に対応し、世界のリチウムサプライチェーンを多様化するための新しいリチウム資源の開発。

スタンフォード大学での研究は、クレーターに保存された超火山湖の堆積物が大量のリチウム粘土を堆積させる可能性があることを示しています。

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