リチウムイオン電池と全固体電池

リチウムイオン電池と全固体電池

リチウム イオン電池と全固体電池は、携帯電子機器に電力を供給するための XNUMX つの主要なオプションです。 これら XNUMX 種類のバッテリーには、明確な長所と短所があります。 それぞれの概要は次のとおりです。 どのタイプが良いかわからない場合は、読み進めてください。

全固体電池

リチウムイオン電池は新しいものではありませんが、技術はまだ初期段階にあります。 たとえば、トヨタは現在、EV 市場で競争力を維持する方法として、この分野で実験的研究を行っています。 フォルクスワーゲンはまた、自動車用途向けの全固体電池を開発するために、小さなテクノロジー企業との提携を開始しました。

全固体電池は、電池の内部構造とパッケージングを簡素化する可能性を秘めています。 これにより、製造コストを下げることができます。 研究者は、微分方程式を使用して全固体電池をモデル化することにより、この潜在的な用途を調査します。 まず、研究者はバッテリーモデルに関する公開された文献を調べます。 得られたモデルにより、全固体電池の性能特性を決定できるようになります。

リチウムイオン電池は、液体と固体を分離する XNUMX つまたは複数の固体電解質を備えた XNUMX 相設計になっています。 この設計にはいくつかの利点があります。 ハイブリッド電解質を使用すると、長期間にわたって安定性が向上するなど、追加の利点が得られます。 固体ポリマー電解質は、純粋な液体電解質よりも利点もあります。

固体リチウム イオン電池は、大量のエネルギーを蓄えることができるため、将来のエネルギー貯蔵デバイスの有力な候補となります。 これらの電池は、より高いエネルギー密度と優れた安全性能を備えています。 彼らの最大の課題は、固体電解質と電極の間の界面にあります。 界面層がどのように形成され、この問題を解決するかを理解することが重要です。

リチウムイオン電池

全固体電池と比較して、リチウムイオン電池は軽量で耐久性があり、積み重ね可能なパックでより優れた性能を発揮します。 ただし、不安定な場合があり、高温にさらされると爆発したり火災を引き起こしたりする可能性があります。 とはいえ、リチウムイオン電池は、e-モビリティにとって最も安全で信頼性の高い選択肢です。

電気自動車の普及に伴い、業界はバッテリー性能の向上に注力しています。 リチウムイオン電池は長い間主要な選択肢でしたが、新しい全固体電池が間もなく EV 技術をリードする可能性があります。 全固体電池はエネルギー密度が高く、車両の航続距離を XNUMX ~ XNUMX% 伸ばすことができます。

リチウムイオン電池には液体電解質が含まれていますが、全固体電池は固体材料で構成されています。 2.5 つのタイプの主な違いは、電解質の保存方法にあります。 全固体電池はリチウムイオン電池よりも安定しており、液体電池よりも最大 XNUMX 倍強力です。

全固体電池は、リチウムイオン電池よりも高価になる可能性があります。 また、短絡に悩まされることも知られています。 これは、リチウム金属粒子がバッテリーの片側に蓄積する可能性があるためです。 このデンドライトはセパレーターに穴を開け、短絡を引き起こします。

リチウムイオン電池には、揮発性で可燃性の液体電解質が含まれています。 全固体電池には液体成分が含まれていないため、リチウムイオン電池よりも火災のリスクが低くなります。 また、リチウムイオン電池よりも必要な安全システムが少なくて済みます。 全固体電池は、より高いエネルギー密度も提供します。

液体イオン電池

液体イオン電池は、保管と放電が容易なため、電気自動車に最適です。 ただし、いくつかの欠点があります。 リチウム イオン バッテリーは、熱暴走と呼ばれる状態を引き起こす可能性があります。これは、バッテリー内の XNUMX つのセルが熱くなり始め、パック内の他のセルがそれに追随することによって発生します。 最終的には、バッテリー パック内で火災が発生し、消火が困難になる場合があります。 また、リチウムイオン電池は電解液が漏れる傾向があり、非常に可燃性です。 したがって、これらのバッテリーは使用前に充電する必要があります。

全固体電池にも欠点があります。 リチウムイオン電池よりもはるかに軽量でコンパクトですが、従来の電池ほど耐久性はありません。 また、極端な温度では効率が低下するため、車両にはあまり役に立ちません。 さらに、不安定になり、火災や爆発の原因となる可能性があります。

全固体電池には、エネルギー密度が高いという利点もあります。 リチウム イオン電池の XNUMX ~ XNUMX 倍のエネルギー密度があります。 これは、それらがより小さく軽量になることを意味し、消費者にとって有益である可能性があります. また、EVの航続距離を伸ばすこともできます。 これは環境にとって素晴らしいことかもしれません。

全固体電池は、より大きな容量も提供します。 まだ実験段階ですが、液体イオンよりも多くのエネルギーを蓄えることができます。 トヨタやフォルクスワーゲンなどの一部の自動車メーカーは、自動車用の全固体電池の開発に多額の投資を行っています。 これらの企業の中には、2024 年末までにこの技術を大衆市場に投入することを計画している企業もあります。

リチウムイオン電池の電解質

科学者たちはまだ完璧なリチウムイオン電池を探しています。 彼らは、エネルギー密度が高く、安全に使用できることを望んでいます。 現在使用されている多くのバッテリーには、可燃性の液体電解質が含まれています。 全固体リチウムイオン電池は、完全に固体部品でできており、より安全に使用できます。 新しい研究により、新しい固体電解質が開発されました。

全固体電池の利点の XNUMX つは、その低温性能です。 液体電解質は高温に耐えられませんが、固体電解質は耐えられます。 固体電解質は、劣化することなく急速充電操作もサポートします。 また、製造に必要な材料とエネルギーも少なくて済みます。 全固体電池は、大量生産できなければ証明できません。

全固体リチウム電池は、リチウムイオン電池と同様の抽出メカニズムを備えています。 電極は金属でできており、電解質は液体または固体の材料です。 リチウムイオンが電解質の中を移動し、電気の流れが発生します。

固体電解質はセパレーターを必要としません。

全固体電池のもう XNUMX つの欠点は、コストが高いことです。 液体電池よりも安価ですが、まだ大量生産されていません。 固体電解質は、化学的に不活性で、XNUMX つの電極間でイオンの良導体でなければなりません。 全固体電池のもう XNUMX つの欠点は、液体電池よりも寿命が短いことです。

リチウムイオン電池のアノード

全固体リチウム電池は、発火の危険性が低く、必要な安全装置が少ないと考えられています。 また、高エネルギー密度のリチウム金属アノードを使用できるという利点もあります。 現在、XNUMX社を超える企業が全固体電池の研究開発を行っています。 一部の企業は、独自の固体電解質技術を開発しているとさえ示しています。 自動車メーカーや大手バッテリーメーカーも、この新技術に投資しています。

全固体電池の主な欠点は、電極と電解質の界面が不安定なことです。 これにより、パッシベーションされた界面層が形成され、電極と SSE の界面での Li+ の拡散が妨げられます。 さらに、高電圧サイクルは SSE を劣化させ、酸化を引き起こす可能性があります。

グラファイトは歴史的にリチウムイオン電池のアノードとして機能してきましたが、新興企業は現在、より優れた性能の代替品を開発しています. リチウムイオン電池で使用される一般的な主要材料であるシリコンは、グラファイトよりもはるかに高い体積あたりのエネルギー密度を持っています。

リチウム金属アノードも全固体リチウム電池で利用できるようになってきています。 リチウム金属アノードは、エネルギー密度が高く、容量が増加した状態で製造できます。