リチウムの約束

Guidare il cambiamento Batterie al litio-zolfo a basso costo e ad alta densità

変化を推進する

低コストで高密度のリチウム硫黄電池は、市場に投入されれば、将来の輸送に動力を供給する可能性があります。

ケイティ・フェーレンバッハー著

2023 年 3 月 7 日

Lyten はカリフォルニアに本拠を置く新興企業で、リチウム硫黄電池を開発しています。企業や科学者は、リチウムイオンの次に期待される画期的な電池の暗号解読に躍起になっている。画像は Shutterstock/T 経由。シュナイダー

硫黄元素は安価で豊富に存在します。地球上にはそれがあまりにも多く存在するため、石油や天然ガスが取り出された後、化石燃料精製所の外に大きな黄色い山が置かれているのが一般的です。

しかし、電気化学者（化学反応がどのようにして電気を生み出すかを研究する科学者）は、長い間、硫黄を信じられないほどのエネルギー貯蔵の可能性を秘めたものとして見てきました。それは、リチウムと硫黄の組み合わせにより、現在ラップトップや電気自動車で使用されているリチウムイオン電池よりも多くのエネルギーを蓄え、より安価に製造できる並外れた電池を製造できる可能性があるためです。

1月にサンフランシスコで開催されたブルームバーグ・ニュー・エネルギー・ファイナンス・サミットで、新興企業ライテンの電池技術最高責任者セリーナ・ミコライチャク氏は、商用リチウム硫黄電池によって「あらゆるものを簡単に電化できる」「電化が豊かなもの」になる可能性があると述べた。 Lyten はリチウム硫黄電池を開発しています。

現在のリチウムイオン電池は、ニッケルの供給が制限されているため、生産が妨げられています。今日のリチウムイオン電池のもう一つの主要成分であるコバルトは、主にコンゴ民主共和国で採掘されており、同国のコバルト鉱山は人権問題に悩まされている。その考えは、硫黄の豊富さと低コストにより、リチウム硫黄電池が、キロワット時あたり約150ドルのコストがかかる現在のリチウムイオン電池パックよりもはるかに安価で、問題のある地域への依存度が低くなる可能性があるということだ。

同時に、バッテリーに硫黄を使用すると、理論的には超高エネルギー密度、つまりバッテリーが 1 回の充電で保持できるエネルギー量が得られる可能性があります。現在の EV は 1 回の充電で約 300 マイル走行できますが、リチウム硫黄電池を使用すればその航続距離を 2 倍にする可能性があり、あるいは、リチウムイオン電池を搭載した同等のEV の半分の重量の EV を実現できる可能性があります。

少なくともこれらは大きな希望です。リチウム硫黄電池は依然として研究室に限定されています。

しかし、インフレ抑制法により米国の新興電池セクターに資金が流入する中、企業や科学者はリチウムイオンの次となる画期的な電池を開発するための暗号解読に躍起になっている。問題となっているのは、EVとクリーンエネルギーの貯蔵の両方を潜在的に加速できる技術だ。

大きな問題は、企業がリチウム硫黄電池を大量に製造したときに広告どおりに機能するように開発、製造できるかどうかだ。新興企業、研究者、大手電池会社がこの化学の研究に取り組んでいる一方で、リチウム硫黄電池は商業的に大規模に製造されていません。

「硫黄は手に負えない。リチウムも手に負えない。これら2つの元素を組み合わせると、非常に扱いが難しい化学反応が起こる」とミコワイチャク氏はBNEFサミットで語った。「この化学反応が長い間利用されなかったのには理由があります。」

問題の 1 つは、リチウム硫黄電池の正極として使用される硫黄が充放電中に相変化を起こすことです。固体から液体に変化し、再び固体に戻ります。それが本当に「面倒」なことになる、とミコライチャク氏は語った。「仕事をするのは苦痛だ。頭が爆発しそうになる。」

リチウム硫黄電池の初期の試みでは、硫黄化合物がイオンの充放電に使用される媒体（通常は液体）である電解質に溶解することが見られました。

リチウム硫黄電池を開発しようとする多くの試みは、充電プロセス中に形成される可能性のある小さな金属構造である樹枝状結晶を発生させる、機能の低い電池に終わりました。デンドライトは短絡やバッテリー故障の原因となるため、リチウム硫黄バッテリーは高い充電サイクルを維持することが困難でした。

ミコライチャク氏の会社ライテン（カリフォルニア州サンノゼに拠点を置く創業8年の新興企業）は、しわくちゃの形状のグラフェンを製造することができ、本質的に電池内の硫黄をまとめて保持し、同時に導体としても機能するという優れた効果を発揮するという。同社は試験で有望な結果が得られたと述べており、ミコライチャク氏はGreenBizのインタビューで、Lytenが約1年以内に「立派な電池セル」を開発できると期待していると語った。大量には販売されないが、初期の顧客は利用できるだろうと同氏は語った。ライテンは自動車メーカーやドローンや飛行体のメーカーに電池を販売する計画だ。

アルゴンヌ国立研究所の研究者らも最近、リチウム硫黄電池に関してある程度の進歩を遂げた。アルゴンヌの科学者は、材料を樹状突起の破壊から保護するのに役立つ多孔質の硫黄含有層をバッテリー内に作成しました。

実験室では、アルゴンヌのリチウム硫黄電池は 700 回の充放電が可能で、これは今日のリチウムイオン電池と匹敵します。アルゴンヌの科学者チームは、アルゴンヌの研究室の 1 つで最先端の X 線回折装置を使用することにより、リチウム硫黄電池内の層の成功を確認することができました。それは数十億ドルの最先端のツールです。

最近の論文の著者の一人であるアルゴンヌの科学者Guiliang Xu氏はGreenBizに対し、アルゴンヌは民間部門と協力してこの技術を商業化し、プロトタイプの電池を製造する計画であると語った。

もちろん、研究者がリチウム硫黄暗号の解読を試みているのは米国だけではない。欧州連合は、完了したばかりの LISA プロジェクトに資金を提供し、リチウム硫黄電池のセル設計に関する技術革新の開発を検討しました。

韓国の大手LGは、エネルギー部門のLGエネルギーソリューションを通じて、2025年にリチウム硫黄電池の商品化を試みる計画を発表した。ドイツの新興企業Theionも、同社のウェブサイトでリチウム硫黄電池の市場投入を目指していると述べている。すぐ。

最近可決されたIRAから新たな資金が利用可能になったことで、米国企業は政府支援と成長するEV市場を活用する準備が整う可能性がある。

LytenのMikolajczak氏は、IRAが新しい電池開発において「巨大」であると述べた。「電池製造は非常に資本集約的だ。（IRAの補助金は）全員にもっと多くの戦う機会を与える」とミコワイチャク氏はGreenBizに語った。

同時に、自動車メーカーはバッテリー技術とバッテリーのサプライチェーンへの投資に関して、より積極的になってきています。 GM、ダイムラー、フォードなどの企業は、有望な電池新興企業や電池鉱物サプライヤーと提携しています。テスラやBYDなど他の純然たるEV企業は、長年にわたり自社のバッテリー技術に多額の投資を行ってきた。

気候変動テクノロジーのスタートアップ企業は、IT スタートアップ企業に比べて、不況の懸念や解雇の影響を比較的受けにくいようだ。個人投資家は引き続き気候技術関連の新興企業に資金を提供しており、その中にはライテンなどの電池メーカーも含まれており、これまでに2億ドル以上の資金を調達している。

最近の技術革新と資金調達にもかかわらず、リチウム硫黄電池の開発にはまだ長い道のりが残されています。今日の EV 革命の原動力となっている現在のリチウムイオン電池は、30 年間の進歩の恩恵を受けています。リチウム硫黄電池パックがテスラやGMの主流として自動車に使用されるまでには、数十年とは言わないまでも、何年もかかると予想される。

最初のリチウム硫黄電池は、最終的には超軽量が必要な車両や機器に搭載される可能性があります。リチウム硫黄電池はエネルギー密度が 2 倍なので、半分の重量で車両に電力を供給できる可能性があります。

この軽さは、最初の顧客を決定するのに役立つ可能性があります。リチウム硫黄電池が最終的に研究室から出てきたとしても、最初の電池が道路を走る車に電力を供給することを期待すべきではありません。その代わりに、ドローンや小型飛行体が空を飛ぶことになるだろう。

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