リチウムの代替品6つ

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スマートフォンから電気自動車に至るまで、バッテリーは私たちの生活の中で最も影響力のあるテクノロジーの一部に単独で電力を供給しています。 また、バッテリー自体は新しいテクノロジーではありませんが、ほとんどのデバイスに電力を供給するリチウムイオン (Li-on) タイプは、数十年前に普及し始めたばかりです。 しかし、世界が風力や太陽光などの再生可能で持続可能なエネルギー源に移行しているのと同じように、リチウムイオン電池の代替品にも同様の画期的な進歩が近年現れています。

そこでこの記事では、今後登場予定のリチウムイオン電池の代替品について簡単に見ていきましょう。 その前に、最新のバッテリーがどのように機能するのか、そしてこのテクノロジーを悩ませている多くの問題についてまとめてみましょう。

競合するテクノロジーがどのように機能するかを探る前に、充電式リチウムイオン電池の基本と、それが今日の世界において必ずしも理想的ではない理由を再考する価値があります。

すべてのバッテリーは、カソード (正極)、アノード (負極)、および電解質媒体で構成されています。 充電されたリチウムイオン電池を消耗すると、正に帯電したリチウムイオンがアノードからカソードに移動します。 これにより電子の流れも引き起こされ、電子デバイスに電力を供給するために使用できます。 リチウムイオン電池を充電する場合は、同じプロセスが逆に行われます。

全体として、リチウムイオン電池を何百回も充電および放電できるサイクルが得られます。 しかし、それはテクノロジーが完璧であることを意味するものではありません。

リチウムイオン電池には多くの欠点があり、iPhoneの生産から電気自動車の実用化に至るまで、あらゆるものに影響を及ぼしています。 これらの問題には次のようなものがあります。

上記の問題をすべて考慮すると、事実上すべての大手テクノロジー企業が代替バッテリー技術を見つけようとしているのは驚くべきことではありません。 こうした取り組みの多くはまだ初期段階にありますが、今後 10 年以内に、いくつかの取り組みが次世代の電気自動車やその他の家庭用電化製品に電力を供給する可能性があります。 そこで、時間を無駄にすることなく、主要なリチウムイオン代替品の簡単なリストと、それらが既存のバッテリー技術をどのように改善しているかをここに示します。

私たちがよく知っているリチウムイオンのベースラインから大きく逸脱しないバッテリー技術から始めましょう。

ナトリウムイオン電池は、電荷担体としてのリチウムイオンをナトリウムに置き換えるだけです。 ナトリウムはリチウムよりもはるかに豊富に存在するため、この 1 つの変更は電池の生産に大きな影響を与えます。 実際、海からの塩を使用して、世界中のほぼどこでもナトリウムを抽出できます。 これにより、リチウムのような潜在的に危険な物質の保管や輸送について心配する必要がなくなるため、電池の製造コストも削減される可能性があります。

ただし、ナトリウムイオン電池も完璧ではありません。 それらのイオンは物理的にリチウムより大きいため、エネルギー密度が低くなります。 現実の世界では、これにより電気自動車の航続距離が短くなり、スマートフォンの実行時間が短くなる可能性があります。 それでも、ナトリウムイオン電池の他の利点は、技術のさらなる研究に値します。

リチウムイオン電池は負極にコバルトを使用しますが、コバルトの調達は困難であることがわかっています。 リチウム硫黄 (Li-S) 電池は、代わりに陰極材料として硫黄を使用することで、この問題を解決できる可能性があります。 コバルトの代替に加えて、Li-S 電池には、より高いエネルギー密度とより低い生産コストといういくつかの利点があります。

現時点でのリチウム硫黄電池の最大の問題は、劣化速度が速いことです。 そのため、2008 年に太陽光発電飛行機が Li-S バッテリーを使用しているのを見ましたが、この技術を日常のエレクトロニクスに実用化するための継続的な研究が待たれています。

リチウムイオン電池は、イオンが電極間を移動できるようにする液体電解質媒体を使用します。 通常、電解液は有機化合物であり、バッテリーが過熱または過充電すると発火する可能性があります。 そこで、このリスクを軽減するために、研究者らは全固体電池という代替手段を考案しました。 これらは固体無機電解質を使用しており、過酷な環境や温度の激しい変動にも耐えることができます。