電解液の交換は、新しい電池の開発者の目的の 1 つです。この部品は空気に触れるとすぐに燃焼するため、最も敏感な要素の 1 つであるためです。ただし、電解質はバッテリーの充放電時にリチウムイオンがアノードとカソードの間を移動する媒体であるため、この部分は不可欠です。
この電解質を固体にすれば、電池が安全になるだけでなく、新たな可能性の世界が開かれます。たとえば、電池のアノードが現在のように銅と黒鉛の混合物ではなく、純粋なリチウムでできていれば、電池のエネルギー密度を高める際の大きな問題の 1 つが解消される可能性があります。現在の固体電解質の使用に関する主な問題は、固体電解質が膨張したり収縮したりする際に最終的に電解質が断片化し、バッテリーが劣化することです。
より安全で密度の高いバッテリーのための新しい固体素材
したがって、MIT の研究者グループは、混合イオン電子伝導体 (MIEC)とリチウム電子イオン絶縁体 (ELI)として知られる固体材料の組み合わせを使用して、この問題の解決策を開発しました。彼らは、MIEC で作られた一連のナノメートル チューブを備えた六角形のハニカムの形状の 3 次元構造を作成しました。
これらのチューブは電池のアノードを形成する固体リチウム金属でできており、内部が中空であるため、充電と放電のたびにリチウム金属が膨張および収縮する余地があります。このおかげで、材料は固体ですが、液体のように動く余地を残すことで固体構造を維持します。
このプロセス全体は六角形の構造で行われ、ELI がチューブの壁を保護し、リチウム イオンと固体電解質の間のバインダーとして機能します。その結果、バッテリーの充電中、リチウム金属の寸法変化は構造内に収まり、外部寸法は変化しません。
このおかげで、バッテリーのアノードはすべての充電および放電プロセス中に化学的および機械的に安定しており、リチウムが固体電解質との接触を失うことはありません。他の固体電解質電池では接続リンクとして機能するために何らかの液体またはゲル電解質が必要であったため、このようなことが達成されたのはこれが初めてである。したがって、これは最初の真の固体電池です。
これを使用すると、数日間使用できるモバイルを作成できます
科学者らがバッテリーを使って実施したテストでは、100回の充放電サイクルを行ったが、破損や磨耗は見られず、バッテリーの耐用年数が延びた。この設計により、現在と同じエネルギーを蓄えることができるが、サイズが 4 分の 1 である陽極も実現できます。最終的なバッテリーは、同じサイズの現在のバッテリーよりも50% 多くの充電が可能で、はるかに安定しており、携帯電話は最大 3 日間持続すると主張されています。
さらに、必要な材料は現在すでに使用されており、設計の大部分は非常に安価ですでに多くの電池に使用されているマンガンの使用で構成されているため、製造は比較的簡単で非常に安価であると主張しています。実際、リチウムやニッケルよりも安価であるため、正極のコストは最大 5 分の 1 に抑えられる可能性があります。