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Mar 24, 2024

リチウムの約束

変化を推進する 低コストで高密度のリチウム硫黄電池は、市場に投入されれば、将来の輸送に動力を供給する可能性があります。 By Katie Fehrenbacher 2023 年 3 月 7 日 Lyten、カリフォルニアに拠点を置く

変化を推進する

低コストで高密度のリチウム硫黄電池は、市場に投入されれば、将来の輸送に動力を供給する可能性があります。

ケイティ・フェーレンバッハー著

2023 年 3 月 7 日

Lyten はカリフォルニアに本拠を置く新興企業で、リチウム硫黄電池を開発しています。 企業や科学者は、リチウムイオンの次に期待される画期的な電池の暗号解読に躍起になっている。 画像は Shutterstock/T 経由。 シュナイダー

硫黄元素は安価で豊富に存在します。 地球上にはそれがあまりにも多く存在するため、石油や天然ガスが取り出された後、化石燃料精製所の外に大きな黄色い山が置かれているのが一般的です。

しかし、電気化学者（化学反応がどのようにして電気を生み出すかを研究する科学者）は、長い間、硫黄を信じられないほどのエネルギー貯蔵の可能性を秘めたものとして見てきました。 それは、リチウムと硫黄の組み合わせにより、現在ラップトップや電気自動車で使用されているリチウムイオン電池よりも多くのエネルギーを蓄え、より安価に製造できる並外れた電池を製造できる可能性があるためです。

1月にサンフランシスコで開催されたブルームバーグ・ニュー・エネルギー・ファイナンス・サミットで、新興企業ライテンの電池技術最高責任者セリーナ・ミコライチャク氏は、商用リチウム硫黄電池によって「あらゆるものを簡単に電化できる」「電化が豊かなもの」になる可能性があると述べた。 Lyten はリチウム硫黄電池を開発しています。

現在のリチウムイオン電池は、ニッケルの供給が制限されているため、生産が妨げられています。 今日のリチウムイオン電池のもう一つの主要成分であるコバルトは、主にコンゴ民主共和国で採掘されており、同国のコバルト鉱山は人権問題に悩まされている。 その考えは、硫黄の豊富さと低コストにより、リチウム硫黄電池が、キロワット時あたり約150ドルのコストがかかる現在のリチウムイオン電池パックよりもはるかに安価で、問題のある地域への依存度が低くなる可能性があるということだ。

同時に、バッテリーに硫黄を使用すると、理論的には超高エネルギー密度、つまりバッテリーが 1 回の充電で保持できるエネルギー量が得られる可能性があります。 現在の EV は 1 回の充電で約 300 マイル走行できますが、リチウム硫黄電池を使用すればその航続距離を 2 倍にする可能性があり、あるいは、リチウムイオン電池を搭載した同等のEV の半分の重量の EV を実現できる可能性があります。

少なくともこれらは大きな希望です。 リチウム硫黄電池は依然として研究室に限定されています。

しかし、インフレ抑制法により米国の新興電池セクターに資金が流入する中、企業や科学者はリチウムイオンの次となる画期的な電池を開発するための暗号解読に躍起になっている。 問題となっているのは、EVとクリーンエネルギーの貯蔵の両方を潜在的に加速できる技術だ。

大きな問題は、企業がリチウム硫黄電池を大量に製造したときに広告どおりに機能するように開発、製造できるかどうかだ。 新興企業、研究者、大手電池会社がこの化学の研究に取り組んでいる一方で、リチウム硫黄電池は商業的に大規模に製造されていません。

「硫黄は手に負えない。リチウムも手に負えない。これら2つの元素を組み合わせると、非常に扱いが難しい化学反応が起こる」とミコワイチャク氏はBNEFサミットで語った。 「この化学反応が長い間利用されなかったのには理由があります。」

問題の 1 つは、リチウム硫黄電池の正極として使用される硫黄が充放電中に相変化を起こすことです。 固体から液体に変化し、再び固体に戻ります。 それが本当に「面倒」なことになる、とミコライチャク氏は言う。 「仕事をするのは苦痛だ。頭が爆発しそうになる。」

リチウム硫黄電池の初期の試みでは、硫黄化合物がイオンの充放電に使用される媒体（通常は液体）である電解質に溶解することが見られました。

リチウム硫黄電池を開発しようとする多くの試みは、充電プロセス中に形成される可能性のある小さな金属構造である樹枝状結晶を発生させる、機能の低い電池に終わりました。 デンドライトは短絡やバッテリー故障の原因となるため、リチウム硫黄バッテリーは高い充電サイクルを維持することが困難でした。