リチウムイオン電池
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リチウムイオン電池またはリチウムイオン電池は、リチウム電池の一種です
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スマートフォン、車載カメラ、ドローン、電動工具、電動バイク、スクーター...今日、リチウム電池は私たちの日常生活に広く普及しており、多くの使用例に革命をもたらしています。 しかし、それらは実際に何をもたらし、さらに進化することができるのでしょうか?
ストーリー
リチウムイオン電池がスタンレー・ウィッティンガムによって導入されたのは 1970 年代でした。 後者の研究は、1986 年にジョン B. グッドデナウと吉野昭郎によって引き継がれました。 ソニーがこの種の最初のバッテリーを市場に投入し、技術革新を開始したのは 1991 年になってからでした。 2019年、XNUMX人の共同発明者がノーベル化学賞を受賞した。
それはどのように動作しますか？
リチウムイオン電池は、実際には複数のリチウムイオンセルを積み重ねたもので、電気エネルギーを貯蔵したり戻したりすることができます。 バッテリーは、カソードと呼ばれる正極、アノードと呼ばれる負極、および導電性溶液である電解質という XNUMX つの主要なコンポーネントに基づいています。
バッテリーが放電すると、アノードは電解質を介してカソードに電子を放出し、カソードは陽イオンを交換します。 充電中は動きが変化します。
したがって、動作原理は「鉛」電池と同じですが、鉛と酸化鉛の電極が、少量のリチウムとグラファイトの陽極を含む酸化コバルトの陰極に置き換わっている点が異なります。 同様に、硫酸または水浴を使用すると、リチウム塩からなる電解質が生成されます。
現在、使用されている電解質は液体ですが、研究はより安全で長持ちする固体の電解質に向かって進んでいます。
利点
過去 20 年間に、なぜリチウムイオン電池が他の電池に取って代わられたのでしょうか?
答えは簡単です。 このバッテリーは優れたエネルギー密度を提供するため、鉛やニッケルと比較して軽量化しても同じ性能を提供します。
また、これらのバッテリーは自己放電が比較的低く (月あたり最大 10%)、メンテナンスが不要で、メモリー効果もありません。
最後に、古い電池技術よりは高価ですが、リチウム ポリマー (Li-Po) よりは安く、リン酸リチウム (LiFePO4) よりも効率が高いままです。
制限事項
ただし、リチウムイオン電池は完璧ではなく、特に完全に放電するとセルの損傷が大きくなります。 したがって、特性がすぐに失われるのを防ぐために、平らになるのを待たずにロードすることをお勧めします。
まず第一に、バッテリーは重大な安全上のリスクを引き起こす可能性があります。 バッテリーが過負荷になるか、-5°C を下回ると、リチウムが各電極から樹枝状結晶を通って凝固します。 アノードとカソードが樹枝状結晶によって接続されている場合、バッテリーが発火して爆発する可能性があります。 ノキア、富士通シーメンス、サムスンで多くの事件が報告されており、航空機内でも爆発が発生したため、現在では船倉内にリチウムイオン電池を持ち込むことは禁止されており、客室内への搭乗は電力の点で制限されることがよくあります（ 160 Wh を超える量は禁止され、100 ～ 160 Wh までは許可の対象となります）。
したがって、この現象に対処するために、メーカーはバッテリー温度を感知し、電圧を調整し、異常時に回路ブレーカーとして機能する電子管理システム (BMS) を導入しました。 この問題を回避するために、固体電解質またはポリマーゲルも検討されています。
また、過熱を避けるために、バッテリーの充電は最後の 20% で遅くなるため、充電時間は 80% までしか発表されないことがよくあります。
しかし、日常使用には非常に実用的であるリチウムイオン電池は、まずリチウムを抽出するために天文学的な量の真水を必要とし、次に寿命の終わりにそれをリサイクルすることにより、環境に大きな影響を与えます。 しかし、リサイクルや再利用は年々増加しています。
リチウムイオンの将来はどうなるのか？
汚染が少なく、耐久性が高く、製造コストが安く、より安全な代替技術に向けた研究がますます進んでいますが、リチウムイオン電池はその潜在能力を発揮しているでしょうか?
リチウムイオン電池は 5 年間にわたって商業的に使用されてきましたが、その完成はまだ決定されておらず、エネルギー密度、充電速度、安全性の向上のために開発が続けられています。 特に原付二輪車の分野では、200 年前はスクーターの走行距離が約 XNUMX キロメートルしかなかったのに、現在では一部の二輪車では航続距離が XNUMX を超えています。
名和カーボン電極、Jenax 折りたたみ式バッテリー、NGK の動作温度 105 ℃など、革命の可能性も目白押しです。
残念ながら、研究は収益性と産業上の要請という厳しい現実に直面することがよくあります。 代替技術、特に誰もが待ち望んでいるリチウム空気の開発が待たれるが、特に軽量化と設置面積が重要な基準となる電動二輪車の世界では、リチウムイオンにはまだ明るい未来が待っている。
