気候変動との戦いでは、最先端のエネルギー貯蔵ソリューションがクリーンなエネルギー源からの発電を活用するために最も重要であり、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者は、製造コストを削減しながらバッテリーセルのエネルギー密度を高める戦略を模索しています。 。
シリコンアノードは、電気自動車および定置用ストレージ用の既存のリチウムイオン（Li-ion）バッテリー機能に有望な改善を提供します。 リチウムイオン電池で通常使用されるグラファイトアノード材料をシリコンアノードに置き換えることで、バッテリーパックのサイズを25％〜30％縮小し、ゴルフ練習場を30％〜40％拡大する道が開かれる可能性があります。
NRELの研究者は、最先端の設備を使用してシリコン界面を備えた有機電解質の基礎科学を探求し、シリコンアノード研究の最前線にいます。 ただし、最近の調査結果は、シリコンベースのセルの寿命に関する継続的な研究の重要性を強調しています。 新しいで 自然エネルギー 展望記事、「シリコン含有電池のカレンダーエージング、」米国エネルギー省の車両技術局のバッテリー科学者 シリコンコンソーシアムプロジェクト このアノード材料のカレンダー寿命に関する継続的な研究の重要性を強調します。
「新しい研究によると、シリコンアノードのカレンダーの経年劣化は、当初考えていたよりも大きな問題です」と、NRELのポスドク研究員でこの展望の共著者であるMaxSchulze氏は述べています。 「このレポートでは、研究者がこれらのバッテリーが直面する固有の課題を検討することを奨励したいと考えています。 この問題を評価して対処するための研究所間および業界内のコラボレーションは、バッテリーのシリコン電極の成功に不可欠です。」
研究者は電池化学の新しい不確実性を調査します
バッテリーの寿命を理解するには、研究者はバッテリーの使用量と時間の両方の影響を考慮する必要があります。 新しい電極は通常、セルを循環させることによって評価されます—設定された数の充電/放電サイクルにわたって容量の低下を評価します—使用中の容量損失を決定します。 時間の経過に伴う容量の損失を判断するために、充電されたセルは、容量を定期的に測定して未使用のままにしておくだけです。
これらのタイプのカレンダーの老化実験は時間がかかるため、多くのカレンダー寿命の研究では、短期間のテストからデータを推定して老化の傾向を予測しています。 このアプローチは従来のグラファイトベースのアノードで機能しましたが、研究者は電極の化学的性質を変更するときに新たな不確実性に直面します。 結果として、シリコンベースの電池の時間依存性劣化については比較的ほとんど知られていない。
「シリコンは、グラファイト電極に長寿命を与える液体電解質と同じ安定した界面を形成しません」と、NRELの科学者でこの展望の別の共著者であるAndrewColclasureは述べています。 「さまざまな電極の化学的性質がバッテリーの寿命にどのように影響するかをよりよく理解するには、さらなる研究が不可欠です。」
で概説されている最近の研究 自然エネルギー 展望によれば、バッテリーのアノードにシリコンを追加すると、カレンダーの経年劣化に対する感受性が高くなる可能性があります。 グラファイトアノードのみと比較した場合、シリコン含有アノードは著しく反応性が高くなります。 これらのセルは、バッテリーが使用されているかどうかに関係なく、ガスの形成、電解質の分解、シリコン電解質界面の溶解などの有害な化学反応、時間の経過とともに劣化につながる可能性のあるストレッサーに対して脆弱です。 そのため、包括的なカレンダーエージング研究は、バッテリー内のシリコンの長期安定性を理解するために不可欠です。
NREL主導のコンソーシアムは生涯予測に焦点を当てています
NRELが主導するシリコンコンソーシアムプロジェクトは、バッテリー内のシリコンのカレンダーエージングについてさらに学ぶための戦略を調査しています。 研究者は、シリコンの変更、セルの設計、電解質、または添加剤の進行状況をより速く、より効率的に評価するための新しいテストプロトコルを開発しました。 現在の方法では、カレンダーの絶対的な存続期間の予測はまだ提供されていません。 ただし、研究者はこのデータを使用して、シリコン電極のカレンダーの経年劣化を軽減するための最も有望な戦略を特定できます。 最終的に、シリコンコンソーシアムプロジェクトは、シリコンアノードを備えた長寿命バッテリーを開発および実証するためのこれらの戦略を実装することを目的としています。
NRELの詳細 エネルギー貯蔵研究.
記事の礼儀 NREL.
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