リチウムイオン電池は最もエネルギー密度の高いポータブル電源の 1 つですが、多くの人は、リチウムイオン電池がより高いエネルギー密度を生み出し、より長く持続したり、より要求の高いマシンに電力を供給したりできることを期待しています。
さらに、リチウムイオン電池は多数の充電サイクルに耐えることができますが、時間の経過とともに劣化します。 特定の種類のバッテリーが複数回の充電サイクルに耐え、その容量をより長く維持できれば、誰にとっても良いことになります。 おそらく、現在のリチウムイオン電池で最も懸念される問題は、その構造に使用されている成分の 1 つであるコバルトにあります。
コバルトは、リチウムイオン電池の主要コンポーネントである電極の製造に広く使用されています。 すべてのバッテリーは同様に機能します。2 つの電極 (1 つはプラス、もう 1 つはマイナス) が外部回路に接続されると、電解液間のリチウム イオンの流れが促進されます。 しかし、コバルトは希少元素です。 非常に稀少であるため、現在の主な産地はコンゴ民主共和国のみです。 さらに、その生産は多くの環境、経済、社会問題を引き起こします。
メディアは長年にわたり、コンゴのコバルト鉱山が環境に与える影響や、児童労働の使用を含む現地の労働条件に関連する多くの問題を報道してきました。 したがって、供給面では、この地域の政治的および経済的不安定により、コバルトの供給源が長年問題となってきました。 東京大学の研究者らは最近、この問題を解決するコバルトフリーのリチウムイオン電池の代替品を発売しました。
東京大学化学システム工学科の山田篤夫教授は、「コバルトの新たな代替品を報告できることをうれしく思う。これは、電極にリチウム、ニッケル、マンガン、シリコン、酸素などの元素の新しい組み合わせを使用している。より一般的で問題の少ない要素を作成および使用できます。」
この交換用バッテリーには、さまざまな電気化学プロセスに応用できる可能性があります。 ある意味で、それは最先端の電池の化学反応をも上回ります。 新しい化学反応により、同じ重量と体積のバッテリーでより高いエネルギー密度が得られ、同時に多数の充電サイクルに耐えることができます。 さらに、その基本理論は他の問題にも応用できます。
山田教授と彼のチームが作成した新しい電極と電解質は、コバルトを含まないだけでなく、ある意味で実際に現在の電池の化学的性質を改善します。 この新しい電池のエネルギー密度は、従来のリチウムイオン電池に比べて約60％高い。 これは、通常のリチウムイオン電池の約 3.2 ～ 3.7 ボルトと比較して、寿命が長く、4.4 ボルトを供給できることを意味します。
そして、科学者たちの最も驚くべき技術的発見の1つは、新しいバッテリーの充電特性も改善されているということです。 新しい化学物質でテストされたバッテリーは、1,000 サイクル以上 (3 年間のフル使用と充電をシミュレート) 完全に充電および放電することができ、その一方で、蓄電容量の約 20% しか損失しませんでした。
山田教授は、「安全性と寿命をさらに改善するには、まだ存在する軽微な反応のいくつかを軽減する必要があるため、道のりはまだ長いです。私たちは、この研究が電池の改良につながると信じていますが、一部の用途では、バッテリー寿命と耐久性が高いデバイスごとに、この新しいバッテリーはニーズを満たさない可能性があります。
