「単結晶」電極はEVに何百万マイルも電力を供給できる可能性がある

電気自動車用リチウムイオン電池の単結晶電極により、既存の技術よりも数倍長く寿命を延ばすことができます。

「単結晶電極」を備えたバッテリーは、電気自動車（EV）に何百万マイルも電力を供給できる可能性がある、つまりバッテリーが車の他の部分よりも長持ちすることを、新しい研究が示した。

この新しいタイプの電極を備えたリチウムイオン電池は、6 年間継続的に充放電を続け、元の容量のほぼ 80% を維持しました。このバッテリーのサイクル寿命は通常のリチウムイオンバッテリーの 8 倍で、これは電気自動車の 500 万マイル (800 万キロメートル) の走行に相当すると、研究者らが 11 月 15 日の電気化学学会誌で報告した。

すべてのバッテリーは徐々に消耗し、時間の経過とともにエネルギー貯蔵容量の一部が失われます。たとえば、携帯電話のバッテリーは、購入した日よりも数年後には充電量が減ります。電気自動車のバッテリーにも同じことが当てはまります。蓄電容量が低下すると、1 回の充電で車が走行できる距離も減少します。

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「私たちの研究の主な焦点は、バッテリー内部の損傷と疲労が時間の経過とともにどのように進行するか、そしてそれをどのように防ぐことができるかを理解することでした」と、研究の共著者であるカナディアン・ライト・ソース社の化学者であるトビー・ ボンド氏は、と声明で述べた。

電気自動車メーカーのテスラが資金提供し、ノバスコシア州ダルハウジー大学の研究者も参加したこの研究では、研究者らは長持ちする単結晶電極と、より一般的に使用されている多結晶電極を比較した。 2 つの電極は同様の材料で作られていますが、多結晶電極では、これらの材料はさらに小さな結晶が詰まって形成された多数の小さな粒子の形をとります。単結晶電極では、名前が示すように、各粒子が 1 つの結晶のみから構成されているため、機械的歪みに対する耐性が高くなります。

ボンドと彼の同僚は、高エネルギーX線を使用して、バッテリーを分解せずに内部を調べました。研究チームは、2.5 年間の継続的なサイクルの後、多結晶電極が小さな亀裂でいっぱいであることを発見しました。これらの亀裂は、バッテリー内のリチウムイオンが電極内の原子を強制的に引き離すときに発生し、バッテリーが蓄えるエネルギー量を制限します。

これに対し、単結晶電極は６年間充放電を続けてもクラックがほとんど発生しなかった。

EV用バッテリーの長寿命化

単結晶電極を備えたバッテリーは 20,000 回以上の充放電サイクルを経て、当時の元の容量の約 80% を保持していました。一般的な電気自動車は 1 回の充電で約 250 マイル (400 km) 走行できるため、単結晶電極を備えたバッテリーの寿命は約 500 万マイルの走行に相当します。比較のために、今日の一般的な EV バッテリーは約 200,000 マイル (322,000 km) 走行後に交換する必要があります。

ボンド氏は声明で、「私たちはこれらの車両をできるだけ長く長持ちさせる必要がある。なぜなら、長く乗るほど二酸化炭素排出量が改善されるからである」と述べた。

単結晶電極を備えたバッテリーは市販されていますが、電気自動車にはまだ組み込まれていません。テスラは同様の単結晶電極配合物の特許を取得しており、ダルハウジーチームのメンバーが共同発明者として指名されている。

これらの進歩によりバッテリーの駆動時間が長くなり、いつかバッテリーは電気自動車の他の部分よりも長持ちするようになるかもしれません。それが実現すれば、バッテリーはグリッド規模のエネルギー貯蔵システムで第二の人生を歩む可能性がある、と研究者らは書いている。そこでは、バッテリーは太陽光や風力など、再生可能ではあるが断続的に利用可能なエネルギーを蓄えることができます。

「このような研究は、（新しい電池が）いかに信頼できるかを強調するのに役立つと思います。また、これらの電池を製造および使用している企業が長期的な計画を立てるのに役立つはずです」とボンド氏は述べた。