バッテリー寿命の革命: リチウムイオン電池パワーの再発見

上海の名門大学である復旦大学に拠点を置く中国の研究者らは、リチウム電池の機能を大幅に向上させる可能性のある技術革新を起こした。リチウムイオン電池の電力容量が減少する主な原因は、電池の陽極上に形成される固体電解質界面相 (SEI) 層の成長にある。リチウムイオンとの競争が激化するこの阻害層は、抵抗を増幅し、寿命を縮める。

電極の劣化、電解質の劣化、電流密度、温度、電解質の対流などの他の影響のあるパラメータを含むいくつかの要因が、リチウムイオン電池の電力貯蔵量の減少に寄与しています。その結果、バッテリーの性能レベルが標準以下になり、バッテリーが使用できなくなる可能性があります。

リチウム寿命延長技術：直接リチウム注入

このバッテリー寿命の危機に対応して、研究チームは使い古したセルを再生する独創的な方法を開発しました。これらのセルに新しいリチウムを直接注入することで、チームはバッテリーの寿命中に失われたリチウムを補充します。このアプローチの詳細は、最近科学誌「ネイチャー」に掲載されました。

この再生技術では、人工知能 (AI) と有機電気化学を利用して、リチウムを豊富に含む独自の化合物を生成します。この化合物は、バッテリー内で適切な電圧条件にさらされると、保持しているリチウムを放出します。このプロセスの副次的な利点の 1 つは、ガス状の副産物が生成され、効果的に排出され、リチウムが流入する道が開かれることです。

機能性塩の探究：機械学習の役割

機械学習の優れた能力は、再生プロセスに不可欠な機能性塩の可能性を発見する上で重要な役割を果たしました。特に、リチウムトリフルオロメタンスルフィン酸塩 (LiSO2CF3) は、最適な電気化学活性、潜在的な生成物形成、そして最も重要なことに、並外れた比容量と電解質溶解性を示す有望な塩として浮上しました。このような塩を使用すると、リチウムイオン電池の寿命を前例のない 12,000 ～ 60,000 サイクルまで延長できる可能性があります。

テストと検証: デモンストレーションの展開

これらのシステムをテストするために、3.0V、1,192Wh/kgのリチウムを含まない正極、陽極のないセル内の酸化クロム、および440サイクル寿命の388Wh/kgのポーチセル内の有機硫化ポリアクリロニトリル正極を含むいくつかの実証実験が行われました。結果は有望で、従来のリチウムイオン電池と比較して、エネルギー密度の顕著な改善、優れた持続可能性、およびコストの削減が示されました。

さらに、従来の市販のLiFePO4バッテリー の寿命は著しく延びました。たとえば、市販のグラファイト LiFePO4 セル 外部から継続的にリチウムを供給した場合、11,818 サイクル後でも 96.0% の容量保持率を維持しました。この再生技術はバッテリー寿命に革命をもたらし、リチウムイオン バッテリーの画期的な刷新を約束します。