戻る

科学者達が電気自動車用ナトリウム･イオン電池の寿命を延す潜在的な鍵を発見

Scientists Find the Potential Key to Longer-Lasting Sodium Batteries for Electric Vehicles

https://www.energy.gov/       2023.10.16

科学

　リチウム・イオン電池は電気自動車の標準であるが、その原材料は高価であり、サプライチェーンが不安定になる可能性がある。ナトリウム･イオン電池は、これらの課題の一部を軽減できる代替手段である。しかし、これらの電池は充放電を繰り返すと性能が急速に低下する。これは、これらの装置を市場に投入する際の大きな障壁となっている。この研究では、研究者達は電子顕微鏡とX線散乱を組み合わせて、この性能低下の原因、つまり陽極材料の製造時に導入された欠陥を見つけた。この知識は、研究者がより長持ちするナトリウム･イオン電池のためのより優れた陽極を設計するのに役立つ。

インパクト

　この研究から得られた洞察を利用すれば、電池開発者は事実上欠陥のないナトリウム･イオン電池用の陽極を作成できる可能性がある。これらの新しい装置は、現在のリチウム・ベースの電池よりもコストが低く、寿命が長くなる可能性がある。この新技術は、より長い航続距離とより速い充電時間を備えた、より手頃な価格の電気自動車につながる可能性がある。より安価な電池は、送電網上のエネルギー貯蔵コストの削減にもつながる可能性がある。

まとめ

　アルゴンヌ国立研究所、ウィスコンシン大学ミルウォーキー校、スタンフォード大学のチームによるこの研究の鍵は、さまざまな実験手法を組み合わせることであった。この研究では、エネルギー省科学局の2つのユーザー施設にある研究ツール、つまり先進光子源の高エネルギーX線ビームとナノスケール材料センターの分析機能を使用して、新たに合成された陽極材料を検査した。合成プロセスでは、温度を急速に下げる前に、陽極材料をゆっくりと加熱する。透過型電子顕微鏡と表面Ｘ線回折を使用して、このプロセス中にその場でこの材料を検査したところ、科学者は冷却期間中に欠陥が形成されたと結論付けた。これらの欠陥は、陽極粒子の亀裂や性能の低下を引き起こし、陽極が急速に充電されたり、高温で充電されたりすると、さらに悪化する。最終的には、これにより陽極に「構造的地震」が発生し、電池の壊滅的な故障につながる可能性がある。

　この知識を活用すれば、電池開発者は電池合成時の条件を調整し、ナトリウム･イオン電池の陽極の欠陥を制御できる。この研究では、両方のユーザー施設の機能を利用して、

の制御可能な変化の下で、材料の変化が発生したときにその変化に関するリアルタイムの情報を取得する。これらの発見は、高電圧でのナトリウム･イオン電池の長期安定したサイクルを保証するために、これらの欠陥を排除することの重要性を強調している。