石でできたバッテリーは欲しくないですか？ 充電式電池の分野では新たな革命が起こるのでしょうか? 今日はこれについて。
世界中で、いわゆるグリーン エネルギーの最大限の効率を達成するための競争が長い間行われてきました。 温室効果ガスを大気中に排出しない再生可能エネルギー源が私たちの文明の未来であることは、誰も疑いません。 これはもはや単なる夢ではなく、時代のニーズです。 科学者たちはますます警鐘を鳴らしており、私たちに電力を節約し、電気機器をできるだけ効率的に使用するよう促しています。
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ほとんどのデバイスはバッテリーで動作します。 電池、古いウォークマンプレーヤーから最新のスマートフォンや電気自動車まで、リチウムイオン技術（Li-ion）に基づいています。 これらはエネルギー効率や耐久性があまり高くありませんが、ほとんどの電化製品や技術機器で長年使用されてきました。 さらに、時間の経過とともにそれらが廃棄されることは、私たちの環境の生態学的状況にとって現実的な問題になります。
安価で高性能なため、リチウムイオン電池はどこにでも置かれています。 これらのバッテリーのコストは過去 年間で大幅に低下しており、単にその豊富さの理由から、長期間使用するための最も実行可能な代替品になりつつあります。 現在、これらのバッテリーは、技術的な進歩によってではなく、製造方法、ツール、効率のシンプルかつ継続的なエンジニアリングの最適化によって、低コストとエネルギー密度の向上を達成しています。
しかし、新しい発電方法や技術の開発に伴い、効率的な電力貯蔵方法の需要が高まっています。 小規模であれば、これに問題はありません。解決策は、電気そのものと同じくらい現実の要素であるさまざまな種類のバッテリーと蓄電池です。
それらは電話やさまざまなタイプの照明に電力を供給するために使用され、かつては懐中電灯や音楽プレーヤーを使用するために必要でしたが、現在ではこれらすべてがスマートフォンに組み込まれています。 しかし、家庭全体に電力を供給するのに必要なエネルギーをどのように蓄えるのでしょうか? この場合にも電池が役立つことがわかりました。 もちろん、私たちは店頭で入手できる人気のある「フィンガー」タイプのバッテリーについて話しているのではなく、それ自体がエキサイティングなエンジニアリングの成果であるまったく新しいデバイスについて話しています。
性能、コスト、耐久性の点でリチウムイオン電池と競合できる新しい電池を開発するための研究が長年にわたって行われてきました。
これらの新しいテクノロジーの多くは、まったく新しいものではありません。 本質的には、リチウムイオン電池と同様に機能しますが、使用する材料が異なります。 ここでは、間もなくエネルギー貯蔵分野に革命を起こす可能性のある技術の最も興味深い例をいくつか紹介します。
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このタイプのバッテリーは、他のバッテリーとは異なり、液体またはゲルの電解質を使用せず、固体を使用します。 このような電解質は通常、セラミック、ガラス、ポリマー、または亜硫酸塩の形をしています。 全固体電池は、対応するリチウムイオン電池と同じ寸法でより多くのエネルギーを供給できるため、より効率的です。 これらは、特に電気自動車への電力供給の分野で大きな可能性を秘めています。
全固体電池は、今日のリチウムイオン電池に関する上記の問題のほとんどを解決できる可能性を秘めています。 ガラス固体電池は、アルカリ金属 (リチウム、ナトリウム、またはカリウム) 陽極を使用することでエネルギー密度を 倍にすることができ、これにより陰極のエネルギー密度が増加し、長寿命が実現します。 固体電解質は不燃性であるか、少なくとも自己発火に対して耐性があると考えられています。 全固体電池は不燃性であるため、過熱のリスクも軽減され、セルをより緊密に梱包できるため、設計の柔軟性と嵩密度が向上します。
これらのバッテリーに対する大きな期待は、寿命がはるかに長いという事実に関係しています。 そしてこれは今日の世界では大きなプラスです。
しかし、全固体電池は現在、技術的準備が低いレベルにあり、基礎研究がまだ進行中であるため、高い生産コストと拡張性に関して不確実性と懸念が生じています。 課題はまた、最新の製造慣行と互換性のあるプロセスに固体電解質を導入することであり、最終製品の耐久性やコストに影響を与えず、さらにエネルギーと電力密度の向上、安全性の向上などの利点を追加することです。そしてより高いスループット。
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リチウム硫黄（Li-S）電池（「リチウム硫黄」と混同しないでください。これらの永遠の電池はウクライナ人の紛争によって支えられています）は、前世紀の60年代から、次のような効果的な装置として開発され、研究され始めました。可逆的な電気化学反応を利用してエネルギーを蓄える。 リチウムイオン電池 (LIB) 技術の急速な開発と商品化にもかかわらず、今後数十年間にリチウムイオン電池が直面する重大な技術的課題を解決する画期的な進歩は達成されていません。 したがって、2000 年代には、低コストと高い理論比エネルギーという利点により、Li-S 電池が開発者から大きな関心を取り戻しました。 これらの指標は、現在のリチウムイオン電池の特性よりもほぼ 3 倍高くなります。 リチウム硫黄電池は、正極の製造にコバルトやニッケルなどの重要な材料を使用するという事実を考慮すると、低コストで硫黄（つまり、正極活物質）の含有量が高いため、リチウムイオン電池よりも魅力的です。
また、リチウム硫黄電池では、電池の つの電極のうちの つである正極が硫黄でできています。 この元素は、従来のニッケルやコバルトよりもバランスが取れています。 このような電池はリチウムイオン電池より効率的です。 これは明らかに、使用される自動車の航続距離の延長につながります。 この電池の大きな利点は、硫黄が安価で広く普及している原料であることだと言えます。 同時に、このような電池の製造プロセスは、リチウムイオン電池の製造に使用されるプロセスと非常に似ており、同じ装置と生産能力をそれらの製造に使用できることを意味します。
このタイプのバッテリーのもう 25 つの利点は、製造に必要なエネルギー量がほぼ % 少ないことです。 これらすべての機能により、リチウム硫黄電池の生産は非常に収益性の高いものになります。
開発はすでに本格化しています。 Lyten 社は、この分野で特に大きな成功を収めています。 同社はすでに LytCell EV バッテリープラットフォーム全体を備えています。 同社によれば、同社のバッテリーは現在のリチウムイオンバッテリーよりも安価で安全であり、年代半ばまでに米国で製造される量産型電気自動車に使用される可能性があるという。
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このタイプのバッテリーは、空気を使用した鉄の酸化プロセスに基づいて動作します。 再充電プロセスでは、逆酸化として知られるプロセスで酸化物質が鉄に戻されます。 鉄空気電池は、主にリチウムイオン電池よりも約 25 倍長くエネルギーを貯蔵できるため、近い将来普及すると予想されています。
鉄と空気の埋蔵量は非常に多いため、そのような電池のコストは確実にはるかに低くなります。 試算によると、価格は既存のバッテリーよりも約 10 倍安くなる可能性があります。 残念ながら、このようなバッテリーには重大な欠点が つあります。それは、鉄の酸化速度が遅いため、充電に長時間かかる可能性があることです。
有名なマサチューセッツ工科大学（MIT）を基盤として誕生した新興企業フォーム・エナジー社は、鉄空気電池の開発に成功している。 開発者らによると、Form Energyの電池はリチウムよりも倍安く、世界に豊富にある鉄を使用しているという。 同時に、鉄空気電池はリチウム電池よりも長持ちし、引火性がないため安全でもあります。
現時点で見られる唯一の欠点は、これらのバッテリーは充電が遅いため、ラップトップやスマートフォンなどの場合、リチウムバッテリーよりも実用的な選択肢ではないことです。 一方で、最大 100 時間持続するリチウム電池よりもはるかに長い 時間のエネルギー貯蔵を提供できるため、国の電力網レベルでのエネルギー貯蔵には優れたソリューションです。 このようにして、大規模なソーラーパークと風力発電所の統合を促進できます。
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新しいタイプのバッテリーのもう 2012 つの興味深い例は、電気の代わりに熱を蓄えるバッテリーです。 たとえば、イスラエルのブレンミラー・エナジー社は、熱エネルギーを貯蔵するために岩石などの代替材料を使用することに取り組んでいます。 年以来、ブレンミラー エナジーは砕石を最初に発電に使用し、次に熱エネルギー貯蔵に使用してきました。 このようなテクノロジーは、産業などのさまざまな目的に使用できます。
興味深いことに、砕石をエネルギー貯蔵に使用するというアイデアはまったく新しいものではありません。 NASA は多くの新技術を誇り、前世紀の 35 年代から熱エネルギー貯蔵技術をテストしてきました。 従来のものとは異なり、イスラエルの企業が製造するバッテリーはエネルギーを使用して蒸気、熱水、または熱風を生成します。 ブレンミラー・エナジー社は、テンポと呼ばれる同社のプラントは最大14MWhのエネルギーを貯蔵でき、時間あたり最大トンの蒸気を生成できると述べている。
これはイスラエル経済にとって非常に重要であり、イスラエルでは全エネルギー関連排出量の最大 45% が工業用暖房部門から発生しています。 このプロジェクトは、従来の化石燃料で稼働する蒸気ボイラーを置き換えることです。
新しい現実には新しいソリューションが必要です。 新しいタイプの電池の登場は、省エネ分野の技術発展に貢献します。 おそらく数年後には、ラップトップやスマートフォンは毎日充電する必要がなくなり、 回の充電で か月、場合によっては 年間動作するようになるでしょう。 同時に、新しいタイプのバッテリーはエネルギーを節約するだけでなく、環境保全にも貢献します。
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