自動車業界は革命の真っただ中にあり、モデル T の最初の量産生産に次いで 2 番目と言えるでしょう。電気自動車は、世界中のほぼすべての自動車メーカーによって発表および発売されています。道路を走る車両の大半が EV になるまでにはかなりの時間がかかりますが、EV のバッテリー技術には大きな飛躍が見られます。
潜在的な自動車購入者の半数以上が次のように述べています。 航続距離の不安がハードルとなる EVを買うことへ。容量の制限によるものであれ、バッテリーの再充電にかかる時間によるものであれ、より優れたバッテリーの構築と統合は、今後 10 年間で極めて重要になるでしょう。
ここでは、現在の EV バッテリー技術の現状と、10 年代の終わりまでに何が起こるかについて説明します。
リチウムイオン電池
圧倒的多数の EV はリチウムイオン バッテリー パックを使用して作られています。このタイプのバッテリーは、現在市場で最も売れているEVに搭載されており、今後数年間に発売されるモデルにも搭載されると言われています。一般に、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、古い技術に比べて軽量で、安全に充電できます。放電率が低く、放電全体にわたって一貫したエネルギーを供給します。
ただし、リチウムイオン電池に欠陥がないわけではありません。重さは鉛蓄電池の半分以下ですが、長距離の必要性を考慮するとかなり重いです。充電も比較的早いですが、それでも ICE 車両に燃料を補給するよりもはるかに時間がかかります。
おそらく、リチウムイオン技術に対する最も一般的な懸念はその材料にあります。最も一般的なリチウム ニッケル マンガン コバルト酸化物 (NMC)、リチウム ニッケル コバルト アルミニウム酸化物 (NCA)、リチウム マンガン酸化物 (LMO)、またはリチウム鉄リン酸塩 (LFP) の設計であっても、それらはすべてレアアース金属を使用しています。確実に言うことは難しいですが、これらの希少で物議を醸す素材の調達は持続不可能であると思われます。
今日のリチウムイオン電池の場合、各組成には長所と短所があります。
- NMC バッテリーの性能、エネルギー、コストは中程度ですが、熱安定性は他の選択肢に劣ります。
- NCA バッテリーはより高価になる傾向があり、特定のエネルギーと電力に対して優れた結果をもたらしますが、より揮発性が高くなります。
- LMO 電池は現在市場で最もコスト効率が高く、エネルギー容量の点では平均的ですが、性能と寿命が最も低くなります。
- LFP バッテリーは、熱安定性、安全性、コスト、寿命の点で優れていますが、比エネルギーと出力は平均を下回っています。
ニッケル水素電池
ハイブリッド電気自動車の場合、ニッケル水素 (NiMH) テクノロジーが最もよく選ばれるソリューションです。トヨタなどの自動車メーカーは、1990 年代後半からハイブリッド車に NiMH 電池を使用しており、最近では次のような開発が行われています。 双極性ニッケル水素電池 テクノロジーを関連性の高いものに保ち続けます。同じサイズのリチウムイオン電池パックの約半分の価格です。
リチウムイオン技術と同様に、NiMH バッテリーはコバルトやランタンなどの希土類材料と高レベルのニッケルを使用します。したがって、これらの電池には環境上の懸念もたくさんあります。
ニッケル水素電池は需要が少ない用途に使用されるため、ハイブリッドにニッケル水素電池が使用されます。また、自己放電レベルが高く、過充電されると容量が失われる可能性がありますが、充電レベルと充電率を適度に抑えることで解消されます。ニッケル水素電池には低速充電が最適であり、これが長距離走行可能なフルEVがこの技術を採用しない理由の1つです。
全固体電池
おそらくEVにとって最も有望な開発は 全固体電池。これらはリチウムイオン電池によく似ていますが、液体電解質を使用して一方の電極からもう一方の電極にエネルギーを運ぶのではなく、はるかにエネルギー密度の高い固体材料を通じて行われます。全固体電池は電池のサイズと重量を大幅に削減し、電池の安定性を高めるため、自動車メーカーは全固体電池に数億ドルを投資しています。
全固体電池はエネルギー密度が高いため、液体電解質を使用したリチウムイオン電池の数分の一の時間で再充電できます。もう 1,000 つの大きな利点は長寿命です。リチウムイオン電池は 90 回の充電サイクル後に著しく劣化しますが、全固体電池は「5,000 サイクル後でも容量の XNUMX% を維持する」と言われています。
全固体電池が市場に投入されるまでには、特に生産コストの削減という点で、まだ時間がかかります。今後数年以内にそれが可能になるという約束があります。
シリコン負極電池
黒鉛はEVのバッテリーに多量に使用されていますが、容量には限界があります。開発者は、アノードのグラファイトをメソポーラスシリコン微粒子とカーボンナノチューブに置き換える設計に取り組んでいます。シリコンはグラファイトの約 10 倍の容量があり、これをバッテリーセルの主要要素として実装すると、航続距離と充電時間の両方が大幅に改善される可能性があります。
シリコン負極電池の最大の利点の 1 つは、黒鉛への依存が減り、精製された大麦殻灰からなる製品に置き換えられることです。これはレアアース鉱物採掘への依存度を下げるための一歩だ。
コバルトフリーのEVバッテリー
コバルトは、コバルトが最も広く普及しているコンゴでの採掘慣行のため、EV用リチウムイオン電池に使用される材料の中でおそらく最も物議を醸しており、電池製造に大きく依存している。将来のリチウムイオン電池の設計では、正極のコバルトが廃止される可能性がある。コバルトは非常に希少で高価であるため、コバルトを排除することで価格を下げ、EVの普及率を高めることができます。
開発者は、コバルトの代わりに、89% のニッケルと、すぐに入手できるアルミニウムとマンガンを陰極として使用してきました。一般的なリチウムイオン電池よりもエネルギー密度が高く、XNUMX回の充電でより長い航続距離を達成できると伝えられている。
カーボンナノチューブ電極
六角形のパターンで結晶化した炭素はグラフェンとして知られており、原子の単層です。 NAWA Technologies の電池開発者は、EV 電池の電極として使用するカーボン ナノチューブをグラフェンから作成することに成功しました。電極用に垂直に配置されたグラフェン チューブは非常に導電性が高く、今後数年以内に使用できる超高速カーボン電極になります。
カーボン ナノチューブ電極の利点は非常に大きいです。 80 倍のエネルギー容量に加えて、非常に速く再充電できます。 NAWA によれば、バッテリーはわずか XNUMX 分で XNUMX% 充電できるという。また、グラフェンは安価に大量生産できるため、バッテリーのコストを大幅に削減できます。
製品概要
現在のリチウムイオン電池は、1 回の充電で数百マイル走行でき、EV では何年も持続します。将来の技術では、より軽量で小型のバッテリー パックに、より高速に再充電し、より多くのエネルギー容量を蓄えることができるようになるでしょう。