全固体電池: この技術が電気自動車の自動運転にどのような革命をもたらすか

近年、全固体電池と、それが電気自動車の世界にもたらす可能性のある革命についてよく耳にします。 2022 年、私たちはこれらの革新的な細胞の開発をどのように進めているのでしょうか?このテクノロジーの恩恵を受ける自動車はすでに存在しますか?

このファイルでは、全固体電池について知っておくべきこと、現在使用されている電池との違い、将来の開発の見通しについて整理します。電気自動車の将来が確かに全固体電池の将来に結びついているとしたらどうなるでしょうか?

全固体電池、現在の電池との違いは何ですか?

今日の大多数の電気自動車には、リチウムイオン電池が使用されています。動作原理は次のとおりです。リチウムイオン電池は、それぞれ電解液中にあるアノード (プラス端子) とカソード (マイナス端子) の 2 つの電極で構成されています。アノードとカソードの間にはセパレータが配置されており、アノードとカソードの間には接触がありません。

全固体電池の原理は根本的に異なり、電解質はもはや液体ではなく、ご想像のとおり固体です。サムスンが提供した上の画像は、その原理をよく示しています。全固体電池の固体電解質 (画像の右側) はセパレータとしても機能するため、アノードをカソードから分離するために追加のコンポーネントを使用する必要がなくなります。

電気自動車のバッテリー パックは数百、場合によっては数千のセルで構成されており、各セルはアノード、カソード、電解液、セパレーターで構成されています。エネルギーをエンジンに伝達し、車両を前進させるために、イオンが電解質溶液を通ってアノードからカソードに移動し、それによって電気が発生します。

固体電池の場合も、イオンの移動が液体電解質ではなく固体の無機化合物を介して行われる点を除けば、基礎は同様になります。全固体電池に関するこのすべての理論により、従来のリチウムイオン電池と比較して利点があることがすでにわかります。これについては以下で検討します。

全固体電池のメリット

現在のリチウムイオン電池には、無視できないマイナス面がいくつかあります。最も重要なのは安全面、特に火災のリスクです。実際、リチウムイオン電池のセルの充放電中に電解液が加熱されるため、火災が発生する可能性があります。このため、バッテリー パック内には多くのセキュリティ メカニズムが実装されていますが、これらはすべて貴重なスペースを占有します。

全固体電池を使用すると、防火機構のために多くのスペースを確保する必要がなくなりました。固体電解質の安定性は電解液の安定性をはるかに上回っており、固体電池のおかげで可能になる潜在的な体積増加は、電気自動車の世界に希望をもたらします。

電気自動車の現在の課題は、同等の熱自動車と同等の航続距離を達成できるかどうかにあります。イーロン・マスクはそれが必要ないと考えているが）、これは現在のリチウムイオン電池では妥協しているようです。しかし、エネルギー密度がはるかに高いため、多かれ少なかれ近い将来には、全固体電池によって電気自動車が自律走行できるようになるはずです。

前の図で強調したように、全固体電池のセルは爆発や燃焼の危険がなく、リチウムイオン電池のセルよりもはるかにコンパクトな方法で組み立てることができます。そうすれば、全固体電池は電気自動車に最適となるでしょう。同じ体積、同じ重量であれば、セルの数を大幅に増やすことができ、したがって電池パックの容量を増やすことが可能になります。

サムスン工業大学は、2020年3月に有望な結果を発表は、800km走行可能、1,000回の充放電が可能な電池に関するもので、同等の特性を持つリチウムイオン電池の体積の半分を占めます。これは真の革命となるでしょう。したがって、私たちは次のように想像できます。最も耐久性のあるセダンの航続距離を超える電気シティカー。

工事に携わるビルダーたち

進行中の実験室研究に加えて、多くのメーカーはすでに全固体電池の開発に取り組んでおり、この技術を将来のモデルの開発に組み込んでいます。日産は最近、全固体電池のプロトタイプの製造を目的とした工場の立ち上げを発表した、この10年末までにそのようなセルを搭載した車両を発売することを目指しています。

この技術は有望であるため、進相固体電池の道を模索しているのは日本のグループだけではありません。フォルクスワーゲンは、フォード、BMW、ステランティスなどの将来の電気自動車に全固体電池を応用する研究に投資してきました。現時点では、その影響は、この分野の多数の新興企業を対象とした資金参加に限定されています。クォンタムスケープ、この分野の巨人のすべての期待に応える固体電池を提供できることが約束されています。しかし、フォードとBMWは今年全固体電池をテストしたいと考えている。

全固体電池に興味のあるすべての市場関係者は、これが電気自動車に関する現在の問題の大部分に対する解決策であると考えています。エネルギー密度の向上により、バッテリー容量が大幅に向上し、安全性が大幅に向上します。さらに、高速充電機能は将来のニーズに対応し、10 ～ 80% の充電には 15 分以内で完了します。現在の標準と比較して、より優れたセル寿命を保証しながら。

半固体電池が役に立つ？

全固体電池がまだ大量生産の準備ができていないように見えても、特にフォルクスワーゲンやニオなどの特定のメーカーの工場からは、半固体電池という新しい独創的なアイデアがすでに生まれています。これらの電池は、設計上はリチウムイオンに似ていますが（電解質は常に液体です）、バインダーを使用していないため、より優れたエネルギー密度を提供することが可能です。

中国のメーカー Nio は、ET7 に 150 kWh のパックを搭載し、1 回の充電で 1,000 km 以上の走行を保証する半固体電池プロジェクトで、他の企業よりも一歩先を行っているようです。最新の情報によると、生産はニオET7は2022年末に予定されており、半固体電池を搭載した初の量産車となる。

中国の巨大企業ゴション・ハイテック社としては、最近、2023年までに160kWhのパックを自動車に搭載できると発表したこれにより、1,000キロメートルの自律走行が可能となり、航続距離の点で電気自動車の聖杯に近づくことになる。

車両の装備に今日欠けているもの

間もなく日の目を見るはずの Nio ET7 を除けば、電気自動車の量産における全固体電池の登場は今のところないようです。実際、多くの製造業者がこの技術に強い関心を持っていますが、今日実装する準備ができていないことに全員が同意しています。

研究によると、将来の電気自動車の中心となる次の革命である全固体電池を製造する可能性は大いにあるが、経済的に実行可能な製品への開発はまだ行われていない。

2022年半ばになっても、リチウムイオン電池と同等の容量を持つ全固体電池を製造するのはさらに高価であり、これがメーカーがこれまでリチウムイオン電池を使用できない理由の説明になっている。電解質を固体化する場合でも、全固体電池セルを製造する場合でも、工業化プロセスを開発する必要があります。

したがって、理論上であれば、全固体電池による進歩は魅力的であり、今日の電気自動車の特定のマイナス点を修正することが可能になります。リチウムイオン電池の運用は依然として低コストであり、すでに非常に収益性が高いため、これは今 10 年間が終わるまでに起こるはずの革命ではありません。

将来の展望

ついにそれに近づくために完璧な電気自動車しかし、全固体電池は必要なステップであるように思われます。の発表はもうカウントしませんエレクトリックピックアップ特に、大きな電池容量が必要となる全固体電池の利点から大きな恩恵を受ける人たちです。

大幅な自律性と、今日私たちが知っている速度を優に超える充電速度（固体電池の最大出力は 300 kW 以上について話しています）との間で、リチウムイオン電池の置き換えにより、電気への移行に最後まで抵抗を感じていた人でも、確信している。たとえイーロン・マスク氏が言うように、平均的なドライバーは必ずしも約1,000kmの航続距離を必要とするわけではない。

さらに、日産の研究では 2030 年までに次のことが確認されています。全固体電池を使用して生産されるキロワット時のコストは非常に低くなるため、電気自動車を同等の熱量と同じ価格レベルにすることができます。、もちろん今日でもそうではありません。

しかし、待望の技術的飛躍は、今10年末までに成熟すると予想される全固体電池のリチウム金属負極によって実現する可能性がある。このテーマに関する最新の報告によると、現在固体電池のプロトタイプに使用されているシリコングラファイト陽極と比較して、固体電池のこの陽極を使用するとエネルギー密度を 40% 向上させることができました。しかし、このリチウム金属負極の予測は大量の利用可能性を予測していないため、期待は抑えなければなりません。最良のシナリオでは、2030 年までにリチウム金属負極を備えた固体電池を搭載する車両はわずか 70,000 台にとどまります。selon ベンチマーク ミネラル インテリジェンス。