ハーバード大学の電池技術の進歩: リチウム金属電池の未来

効率的で持続可能なエネルギー貯蔵の需要がピークに達している時代において、ハーバード大学工学部および応用科学部による画期的な開発により、バッテリー技術の分野に新たな基準が設定されました。研究者らは、少なくとも6,000回の充放電サイクルに耐えることができ、わずか数分で完全に充電できる能力を誇る新しいリチウム金属電池を発表した。この革命的な進歩は、バッテリーの使用方法を変革するだけでなく、電気自動車などの業界でのより実用的な応用への道を開くことも約束します。

この研究の核心は、リチウム金属アノードを使用した全固体電池の製造にあり、この方法は、潜在的に革命的な電池の材料について新たな洞察を提供しました。最近「Nature Materials」に掲載されたこの研究は、リチウム金属アノードの理解と利用において大きな進歩があったことを強調しています。この論文の著者であるシン・リー氏は次のように述べています。「リチウム金属負極電池は電池の聖杯と考えられています。これらは市販のグラファイト陽極の 10 倍の容量を備えており、電気自動車の走行距離を大幅に延ばす可能性があります。私たちの研究は、産業および商業用途におけるより実用的な全固体電池に向けた重要な一歩を示しています。」

これらの電池の設計における最大の課題の 1 つは、アノード表面での樹枝状結晶の形成です。これらの根のような構造は電解液中で成長し、アノードとカソードを隔てる障壁を突き破り、バッテリーの短絡や火災さえ引き起こします。2021年、リー氏と彼のチームは、アノードとカソードの間にさまざまな安定性を持つ異なる材料を散りばめた多層電池を設計することで、この問題に取り組んだ。この多層、マルチマテリアルの設計は、リチウム樹枝状結晶を完全にブロックするわけではありませんが、その侵入を制御して封じ込めました。

最新の研究では、チームはマイクロメートルサイズのシリコン粒子をアノードに組み込むことでさらなる進歩を遂げました。このアプローチは、リチウム化反応を縮小し、厚いリチウム金属の均一な電気めっきを促進し、樹枝状結晶の形成を効果的に防ぎます。さらに、電気メッキと剥離プロセスは平らな表面で迅速に実行できるため、バッテリーはわずか 10 分で完全に充電できます。

実験段階では、大学の研究室で製造されるほとんどのコイン電池よりも 10 ～ 20 倍大きい、切手サイズのパウチ電池が作成されました。驚くべきことに、このバッテリーは 6,000 サイクル後でも容量の 80% を維持し、現在市場にある他のポーチ型バッテリーを上回りました。

ハーバード大学によるこのイノベーションは、単なる学術的な成果ではありません。それはバッテリー技術の大きな進歩を意味します。李氏と彼のチームが開発したリチウム金属電池は、その容量、安全性、効率性が強化されており、特に電気自動車におけるエネルギーの貯蔵と利用に革命をもたらす可能性があり、より持続可能でエネルギー効率の高いエネルギーを目指す私たちの旅の重要なマイルストーンとなる。未来。