17月2019

Ford Motor Co.のエネルギー貯蔵担当シニアマネージャ、Ted Millerは最近次のように述べている。 私たちは、ソリッドステートテクノロジなしでそこに到達するための別の方法を見ません。この声明は、電気自動車用のより強力な電池に関するものです。 ミラー氏は次のように述べ続けている。今予測できないのは、誰がそれを商品化しようとしているのかということです。」という。

それでは、ソリッドステートバッテリーとは何ですか。なぜ商品化するのがそれほど難しいのでしょうか。

まず、いくつかの誤解を明確にしましょう。

LiPoとして知られるポリマー電池は、リチウムイオン電池である。

18650セル(初期のTeslaモデルで使用されている)のような円筒形電池もリチウムイオン電池です。

角形電池は硬い殻を持つリチウムイオン電池です。

そして、それは固体電池です。 それはより新しい製造工程を含みますが、それはリチウムイオン電池です。

リチウムイオン電池のこれらの違いのすべては、共通の1つの物理的原理を持っています:リチウムイオンは電気エネルギーを蓄えるのに貢献します。

簡単に言うと、リチウムイオン電池は、リチウムイオンがその間で前後にシャッフルすることで動作します。 2つの電気層:陽極、陰極。 イオンがカソードにあるとき、電池は放電される。 それらがアノードに移動すると、バッテリーは充電されます。 カソードとアノードは電極と呼ばれます。

これら二つの電極の間のイオンの動きはと呼ばれる中間媒体によって促進されます 電解質。 それは導電性のある解決策です:それはほとんど妨害なしにイオンがそれを通って移動することを可能にします。 1つの重要なプロパティが呼び出されます 導電率それはイオンが電解質を通って移動することができる容易さの科学的尺度です。 導電率が高いということは、イオンが容易かつ迅速に移動できることを意味します。 低は反対を意味します。

リチウムイオン電池では、2つの電極は電解質溶液に浸されている。 今日の電池は液体またはゲル状の電解質を使用しています。 電池製造業者は、自社の電池に独自の電解質を配合するために多大な努力を払っています。 配合は電池の多くの仕様、特にサイクル寿命(電池を充電および放電できる回数)に影響を与えます。

固体電池では、液体またはゲル電解質は消えます。 代わりに、それは2つの電極間に挟まれた「固体」層によって置き換えられる。 「固体」とは、この層が液体ではなく、物理的な固体であることを意味します。 材料は、セラミック、ガラス、またはプラスチック様ポリマー、あるいはこれら3つすべての混合物からなることができる。

それで、なぜ固体電解質を使うのですか? 主な理由は2つあります。 第一に、固体電解質を有する電池は液体電解質を有するものよりもはるかに少ないスペースを占有する。 つまり、同じボリュームにもっと多くのエネルギーを詰めることができます。 その結果、 エネルギー密度 - 電池の重要な基準 - が上がる。

第二の理由は安全性です。 液体またはゲル電解質は、固体電解質よりも発火しやすい傾向があります。

伝統的に、固体電解質の主な課題は、特に室温(25°Cまたは77°F)での導電性の悪さです。 液体またはゲル電解質は、固体電解質よりも約XNUMX倍優れた導電率を有する。 言い換えれば、固体電解質はリチウムイオンの流れに対してはるかに高い抵抗を示す。 その結果、サイクル寿命が短くなり、高速で充電できなくなるなど、パフォーマンス上の課題がいくつか発生します。

導電性を向上させるために、固体電池を高温(> 80°C)で動作させることを提案している会社もあります。 しかし、これはほとんどの使用シナリオでは実用的ではありません。

したがって、固体電解質材料の探求は、探求および発見の非常に活発な分野であり続けている。 業界ではより良い材料が発見されると確信していますが、ブレークスルーが広く採用される時期を予測することはできません。

もう1つの課題は、固体電解質の表面安定性と製造性です。 溶液とは異なり、ガラスやセラミックの電解質は変形しません。 それらは、約1,000気圧に相当する高い外部圧力を使用して2つの電極と組み立てなければなりません。 この目的のために既存の電池製造工場を再調整することができるかどうかは疑問になります。 そうでなければ、ソリッドステート電池の経済性は間違いなく現在のケースのように苦しむでしょう。

一言で言えば、固体電池を現実のものにするための画期的な材料革新において多くの見込みがあります。 それでも、多くの課題が残っています。 私は個人的には今後数年間固体規模の電池が商業規模で使用されることを期待していません。 特に価格が下がり続ける中、私たちは伝統的なリチウムイオン電池の進化の進歩を見続けるでしょう。

しかし、すべての場合において、ソリッドステート電池は、従来のリチウムイオン電池を支配するのと同じ物理的原理に従います。 その結果、従来のリチウムイオン電池用に開発された電池管理ソリューションの多くが進化し、適用され続けるでしょう。 そしてそれは良い知らせです。