リチウムイオン電池の現在の制限

リチウムイオン電池 (LIB) はポータブル電子機器や電気自動車 (EV) に革命をもたらしましたが、いくつかの重大な制限に直面しています。エネルギー密度は依然として大きな懸念事項であり、現在の LIB は、より長持ちする電源に対する需要の高まりに追いつくのに苦労しています。たとえば、商用LIBの平均エネルギー密度は約250〜300Wh/kgであり、500+ Wh/kgを必要とする次世代EVには不十分です。サイクル寿命も問題であり、ほとんどのLIBは500〜1,000回の充放電サイクル後に劣化し、高価な交換が必要になります。熱暴走や火災の危険などの安全上のリスクは、可燃性の液体電解質によって悪化します。コストが障壁となっており、LIB価格は130ドル/kWh前後で推移しているが(香港市場データ、2023年)、業界の目標は100ドル/kWhを下回っている。さらに、LIBの生産にはコバルトなどのレアメタルの採掘が含まれており、環境に重大な影響を与え、倫理的および環境的影響の対象となります。これらの制限に対処することは、エネルギー貯蔵の将来にとって非常に重要です。mejor soldadora por puntos para baterías

制限に対処するための新しいテクノロジー

全固体電池

全固体電池 (SSB) は、液体電解質を固体代替物に置き換え、より高いエネルギー密度 (潜在的に 400-500 Wh/kg)、安全性の向上、およびより長いサイクル寿命を提供します。QuantumScape のような企業は EV アプリケーションをターゲットにしていますが、製造の拡張性とコスト削減には課題が残っています。たとえば、現在のSSBプロトタイプは、従来のLIBの2〜3倍のコストがかかります。

リチウム硫黄電池

リチウム硫黄 (Li-S) 電池は、理論上のエネルギー密度 2,600 Wh/kg を誇り、LIB をはるかに上回ります。硫黄の低コスト (0.25 ドル/kg) により Li-S は魅力的ですが、多硫化物シャトル効果によりサイクル寿命が ~200 サイクルに短縮されます。研究者たちは、この問題を軽減するためにナノ構造の炭素宿主を研究しています。nickel pur batteries

シリコンアノード

シリコン陽極は理論的にはグラファイトの10倍のリチウムを蓄えることができます(3,600 mAh/g対372 mAh/g)。ただし、サイクル中の体積膨張 (~300%) により、陽極に亀裂が発生し、固体電解質界面 (SEI) が不安定になります。シリコン-カーボン複合材料や多孔質構造などのソリューションが開発中です。

グラフェンとカーボンナノチューブ

グラフェンは電極の導電性と機械的強度を向上させます。たとえば、グラフェンでコーティングされたグラフェンは、500 サイクル後に 20% 高い容量保持を示します。製造コストが高いため(高品質グラフェンの場合は~100ドル/g)、拡張性は依然としてハードルです。

高度な電解質

固体電解質(LLZOなど)とイオン液体は、熱安定性を向上させます。炭酸ビニレンなどの添加剤は、SEIと()の劣化を15〜20%減少させます。

バッテリー管理システム(BMS)の役割

最新の BMS は、正確な充電状態 (SOC) および正常性状態 (SOH) の推定のために機械学習を採用しています。予測アルゴリズムは、従来の方法よりも50%速く細胞の不均衡を検出し、パックの寿命を30%延長できます。相変化材料 (PCM) を使用した熱管理システムは、ドローンなどの高性能アプリケーションにとって重要な最適な動作温度を維持します。リチウム電池の性能

持続可能なバッテリー技術

香港のコバルトとニッケルのリサイクル率は95%以上ですが、リチウムの回収率は50%未満です。環境に優しい化学物質(リン酸鉄など)は、コバルトへの依存を減らします。(バッテリーに最適なスポット溶接機) などのイノベーションにより、使用済みの EV バッテリーを ESS ユニットに効率的に再利用できるようになります。

イノベーションを推進するアプリケーション

EVは世界のLIB需要の60%を占めています。香港のESS設置は、再生可能エネルギーの統合により、2023年に40%増加しました。ポータブル電子機器にはより薄く大容量のセルが必要ですが、ドローンには軽量で高電力密度のソリューションが必要です。

今後の展望

2030 年までに、SSB と Li-S バッテリーは EV 市場の 30% を占める可能性があります。グリッド規模のESSの導入により、香港の炭素排出量を年間150万トン削減できる可能性がある。主な課題には生産の規模拡大とコスト削減が含まれますが、エネルギー貯蔵を変革する可能性は比類のないものです。