全固体電池と従来のリチウム電池の違いと利点は何ですか？

基本的な技術的違い

従来のリチウムイオン電池は液体電解質を使用しますが、固体電池は異なります。液体電解質を固体セラミックまたはポリマー素材に置き換えます。この構造の変化により、火災の原因となる部品が排除されます。同時に、よりコンパクトなセル設計が可能になります。さらに、伝統的なリチウム電池は通常、グラファイト陽極を使いますが、固体電池は多くの場合リチウム金属陽極を使用します。これにより、固体電池は同じスペースでより多くのエネルギーを蓄えることができます。

エネルギー密度と性能の利点

固体電池は液体電解質を持たないため、電極材料をはるかに効率的に積み重ねることができます。その結果、エネルギー密度がリチウムイオン電池の2倍から3倍高いです。これは何を意味するのでしょうか？機器に関して言えば、より長時間動作できるということです。電気自動車などの用途では、大幅な重量削減につながります。最近の研究では、試作の固体電池セルが500 Wh/kgのエネルギー密度に達することが示されています。これに対し、高性能なリチウムイオン電池は通常、250 - 300 Wh/kgのエネルギー密度を持っています。

安全性の向上

全固体電池は、燃えやすい有機溶媒を排除します。このため、極限状態でもはるかに優れた熱安定性を持っています。実験室でのストレステストでは、200°Cまで構造を維持できることがわかりました。一方で、リチウムイオン電池は温度が150°Cに達すると熱暴走のリスクがあります。この組み込みの安全性機能により、故障の防止が非常に重要な医療用インプラントや航空宇宙システムなどの用途に非常に適した全固体電池となります。

充電速度とサイクル寿命

一部の先進的な固体電池のプロトタイプは、15分未満で充電容量の80%に達することができます。そして、伝統的なリチウム電池を損傷する可能性のあるリチウムプレーティングの問題もありません。固体電解質インターフェース（SEI）は非常に安定しており、5,000回以上の充電サイクルを経てもその容量の90%以上を維持できます。この長期間の耐久性は、毎日深く充放電が必要で、数十年間の使用が期待されるエネルギー貯蔵システムにとって非常に重要です。

アプリケーション固有の利点

電気自動車は固体電池から多くの恩恵を受けることができます。同じスペースのバッテリーパックを使用して、走行距離を30〜50%増加させることができます。さらに、火災のリスクも低減されます。携帯型医療機器は、安全性を犠牲にすることなく、充電間の動作時間を延ばすことができます。固体電池は-40°Cから120°Cまでの広い温度範囲を耐えることができ、これは過酷な環境条件下で使用される工業用機器にとって信頼性を高めます。

環境への影響に関する考慮事項

全固体電池はよりシンプルなセルアーキテクチャを持っています。これは、リチウムイオン電池の生産で一般的に使用されるコバルトやその他のコンフリクトミネラルをそれほど必要としないことを意味します。固体電解質の安定性により、リサイclingプロセスがより安全になり、材料の回収率が向上します。製造業者はエネルギー消費を削減する進展も見せています。彼らは、伝統的なリチウム電池の製造方法と比較して40%少ないエネルギーを使用することを目指しています。