「重大な進歩：」メッキ溶液はより長い航続距離とより長い距離をもたらす可能性がある

バッテリーにリチウムイオンめっきが発生する理由に関する新たな研究により、電気自動車のより高速な充電、航続距離の延長、バッテリーの寿命延長への扉が開かれる可能性があります。

リチウムイオンメッキは、性能に影響を与え、加速を遅くし、急速充電速度に影響を与え、場合によっては火災や安全性のリスクを高める可能性があるため、EVバッテリーの問題として浮上しています。

『Nature』誌に掲載された新しい研究では、グラファイトアノードの微細構造を微調整し、バッテリーの充電方法を変更することで、時間の経過とともに発生するリチウムイオンメッキの量を減らすことができるという解決策が提案されています。

「先駆的な 3D バッテリー モデルの支援により、リチウム メッキがいつどこで開始され、どの程度の速さで成長するかを捉えることができます」と研究リーダーであるロンドン クイーン メアリー大学の Xuekun Lu 博士は述べています。

「これは電気自動車の将来に大きな影響を与える可能性のある重要な進歩です。」

リチウムメッキは、アノードの表面の一部にリチウムイオンが蓄積することです。

これは通常、低温での充電や、急速充電インフラの要件である大電流の使用により、アノードの表面がリチウムイオンで一時的に飽和したときに発生します。 イオンは「インターカレーション」する、つまりアノード構造に入る代わりに、金属層として外側に蓄積します。

時間の経過とともに、後の放電で小さな堆積物が除去される場合もありますが、新しい層が自己強化される場合もあります。

これが始まると、バッテリー内で使用できるリチウムが消費され、他のリチウムイオンが入るためのアノードの多孔性が減少し、反応できるアノード上の面積が減少します。

つまり、バッテリーの性能が低下し、電気自動車（EV）の加速能力が低下し、ユニットの寿命が短くなる可能性があります。 場合によってはショートや火災の原因となることがあります。

高忠実度の 3D 微細構造分解位相場モデリングを使用して、これを解決する方法の研究は、MIT、ファラデー研究所、オックスフォード、北京大学など、数々の名門機関出身の英国と米国の研究者の共同作業によって行われました。工科大学など。

彼らが発見したのは、アノードを構成する粒子が均一ではないため、多かれ少なかれ、リチウムイオンが容易に挿入できるかどうかが異なるということです。

アノードの粒子がランダムに分布するのではなく、より均一になるように操作すれば、リチウムイオンとアノードの間の反応がより均一になり、一部の領域ではリチウム層が形成されないが、他の領域では形成されない、とルー氏は言う。

ただし、これも非常に困難です。

もう 1 つの簡単な解決策は、急速充電器の動作方法を変更することです。

この研究では、定電流電圧は大電流を使用する必要があるため、急速充電には適していないことがわかりました。

すでに、パルス電流、可変電流、多段定電流、または異なるモードを組み合わせたハイブリッドプロファイルなど、さまざまなオプションが他の研究者によって検討されています。

研究著者らは、20 分で非常に高速にフル充電するには、実容量が最大 2 mAh cm-2 (1 回あたりの放電容量) の電極の充電状態 (SOC) 45 パーセントで 3 分間の休止期間が必要であると述べています。単位面積）。

3 mAh cm-2 の電極の場合、最適な緩和時間は、20 分間の充電の場合は SOC 45 パーセント、それより遅い 30 分間の充電の場合は SOC 30 パーセント、60 分間の充電の場合は SOC 20 パーセントです。分。

バッテリーに「リラックス」時間を与えることで、アノードがリチウムイオンを吸収する時間を与え、可逆的なメッキされたリチウムを剥がすことで回復を助け、リチウムの形成を停止することで瞬間的な容量損失を減らします。いわゆる「死んだリチウム」。

レイチェル・ウィリアムソンは、気候変動に関連した健康と環境問題に焦点を当てている科学およびビジネスジャーナリストです。