2018年08月07日

水乃博士の「水と緑の話」 EV向け全固体電池

EV向け全固体電池

全固体電池と聞いて、いったい何だろうか? と思う方が多いかもしれません。
では、リチウム電池(LIB)が発火した事故(ノートパソコン、スマホ、航空機内)を覚えていると思います。その原因は、LIBの電解質が有機溶媒であるからなのです。
電解質が固体セラミックになれば、不燃性、温度依存性、高電圧性、充放電性、漏出などの面で、大きな改善ができると考えられます。

水乃博士は、なぜか電池に興味があってこうした文献をよく読んでいます。電気エネルギーを簡単に保存して、後日に使えるという考え方が実に興味深いと感じます。
最近の自動車の開発は電気発動(EV)に向かっています。特に中国では、ガソリン車を無くすくらいの勢いで開発と普及に走っています。

しかし、一番の問題が電池;バッテリーにあります。
出力(電圧;V)ばかりか、容量(重量エネルギー密度;Wh/kg)、自己放電率、充放電特性などが指標になり、特に重量エネルギー密度は、バッテリーの重量、大きさに関わり、
EVの軽量化とそこに伴う燃費、充電後の走行距離に関係する問題です。
では、単純比較をしてみましょう。
これまでの乾電池NiCd電池は約80Wh/kg 程度、これが最近のLIBでは約250Wh/kg 、つまり3分の1の重量のバッテリーで済むところまで来ました。しかし、まだ安全性と耐久性の面では納得できるものとは言えないのです。
そこで、全固体電池です。トヨタ、東工大のグループが、LiGePSの開発をはじめに、LiSiPSClを開発し、約500Wh/kg まで来たそうです。
従来のEV1台で、最低4KWh、20時間以上の放電が可能という条件で合格であれば、大きな技術変革にすぐ結び付きそうですが、今後のEVでは自動運転制御、外部信号のやり取り、AI、デジタル表示、画面表示などの電力消費がさらに増大する見込みで、10KWh以上になるといわれます。しかし、かなり実現性の高い実用的な電池になりそうですね。
リチウム電池の材質.gif

次に、このバッテリーへの充電の問題があります。
最近は、多くの場所で充電ステーションを見かけるようになりました。
この充電という工程の課題は、早く短時間にできる(大量な入出力の特性)、繰り返しの充電性能があり、自然放電が少なく、発熱ロスが小さく済むという条件です。上記の新全固体電池は入出力の面で、従来LIBの2倍以上、さらに充電時間も分単位になる可能性が高い、そして繰り返し性もすでに1000回以上の確認が済んでいるという。
しかし、大量の電流を一気に流しつつ充電する機構の問題や、電極殊に負極(還元性)の材質に関しての伝導率など、実用化には乗り越える課題がまだありそうです。
固体電池.jpg

ここまで、EV車の普及に関してバッテリーの進化がキーポイントになっており、全固体化という素晴らしい材料が出てきたというお話をしました。使う側の技術進歩はいいのですが・・・ では、この電気エネルギーはどこから得るのでしょうか?

当然、発電所から電気は来ますので、原子力発電という高効率な手段が浮かんでくるでしょう。中国のEVの普及には、30基以上の原子力発電所が必要であるという試算がなされています。石油を使わない…だから電気を使う、そして原子力を使う…というのは、
水乃博士の思考には合いません。
どうか、太陽光利用、地熱利用、風力発電、潮流発電などの自然エネルギー活用に向かってほしいものです。微量なエネルギーを集めて大量に蓄積しておき、大容量化して用いるような発想が、このバッテリーの機能に期待したいところです。

参照:  Nature Energy 日本語サイト 次世代電池を牽引する、全固体電池開発。
リチウムイオン電池の豆知識 HP

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posted by 水乃博士 at 16:47| Comment(0) | 技術、開発、水処理、放射性物質 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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