米国の研究者たちは、簡単な方法でリチウムメタル電池の寿命を延ばすことを発見しました：完全に放電し、しばらく休ませることです。
「リチウムメタルバッテリーのサイクル寿命を改善する最も簡単で安価で速い方法を見つけたかった」と、米国のスタンフォード大学の材料科学と工学の博士課程生であり、この研究の主要な著者の一人であるウェンボ・チャン氏は述べています。
「放電された状態でバッテリーを休ませることで、容量の損失を回復し、サイクル寿命を延ばすことができることがわかりました。これらの改善は、バッテリー管理ソフトウェアの再プログラミングによって実現できます。追加費用や機器、材料、製造フローの変更は必要ありません。」
リチウムメタル電池は、陽極（電子を供給するバッテリーの一部）に金属リチウムを使用しているため、リチウム化合物を陰極（電子を受け入れるバッテリーの一部）に使用するリチウムイオン電池とは異なります。質量的には、リチウムメタル電池はリチウムイオン電池よりもはるかに多くのエネルギーを貯蔵することができます。
「リチウムメタルバッテリーを搭載した車は、同じサイズのリチウムイオンバッテリーを搭載した車と比べて2倍の航続距離を持つことができます。例えば、単一の充電で600マイルを走行できます」と、スタンフォード大学の化学の博士課程生で共著者であるフィラフォン・サヤヴォン氏は述べています。
現在、商業用のリチウムメタル電池は主に使い捨てで使用されています。これは、金属リチウムとバッテリー内の他の化合物が放電中に反応し、速く劣化するためです。
具体的には、リチウム粒子が電解質に取り込まれ、充電された粒子が流れることを引き起こす物質です。研究者はこれを「固体電解質間相（SEI）マトリックス」と呼んでいます。
「SEIマトリックスは本質的には分解した電解質です」とチャン氏は語ります。
「それは陽極から切り離された孤立したリチウムの一部を囲んでおり、いかなる電気化学反応にも参加しないように防止します。だから私たちは孤立リチウムを「死んでいる」と考えています。」
科学者たちは、この劣化を防止するために複雑な化学混合物や詳細な電気的手法を提案しています。
しかし、サヤヴォンガと同僚の以前の研究では、SEIマトリックスがバッテリーが非アクティブな状態になると自然に溶解し始めることを示しました。研究者たちはさらに調査することにしました。
「まず、バッテリーを完全に放電させて、そこから電流が流れないようにしました」とチャン氏は述べています。
「放電により、陽極からすべての金属リチウムが除去され、静止したSEIマトリックスにしか囲まれていない非活性なリチウムだけが残ります。」
その後、放電されたバッテリーを休ませました。
「バッテリーが放電された状態で1時間だけ休むと、死んだリチウムを囲むSEIマトリックスの一部が溶解します」とサヤヴォン氏は述べています。
「その結果、バッテリーを再充電すると、安定性の低い質量が妨げることが少なくなるため、死んだリチウムが陽極に再接続されます。」
これにより、バッテリーの排出能力が向上します。研究者たちはそれが起こっていることをビデオ顕微鏡を使用して確認しました。
「以前は、このエネルギーの損失は不可逆的であると考えていました」と、この研究の上位著者であり、スタンフォード大学の材料科学の教授であるイー・チュイ氏は述べています。
「しかし、私たちの研究は、放電されたバッテリーを休ませることで失われた容量を簡単に回復できることを示しています。」
リチウムメタルバッテリーのFAQ：
1. リチウムメタルバッテリーはリチウムイオンバッテリーと比べてどのような利点がありますか？
リチウムメタルバッテリーは、リチウムイオンバッテリーよりもエネルギー密度が高く、容量も大きいです。例えば、リチウムメタルバッテリーを搭載した車はリチウムイオンバッテリーを搭載した車と比べて2倍の航続距離を持つことができます。
2. リチウムメタルバッテリーはなぜ寿命が短いですか？
現在、リチウムメタルバッテリーは放電中に急速に劣化するため、寿命が短くなります。
3. スタンフォード大学の研究者はどのようにリチウムメタルバッテリーの寿命を延ばしましたか？
研究者たちは、バッテリーを完全に放電し、しばらく休ませると寿命を延ばせることを発見しました。放電状態で1時間休ませると、バッテリーの劣化に関連するSEIマトリックスの一部が溶解します。
4. リチウムメタルバッテリーではこれらの改善はどのように実現できますか？
追加費用や機器、材料、製造フローの変更なしに、バッテリー管理ソフトウェアの再プログラミングによってこれらの改善を実現できます。
5. リチウムメタルバッテリーのSEIマトリックスはどのように機能しますか？
SEIマトリックスは、分解した電解質で構成され、孤立した金属リチウムの一部を囲んでおり、電気化学反応に参加することを防いでいます。研究者たちは、孤立リチウムを「死んでいる」と考えています。
6. バッテリーが放電された状態で休んだ場合、どうなりますか？
バッテリーが放電された状態で1時間休むと、死んだリチウムを囲むSEIマトリックスの一部が溶解します。したがって、バッテリーを再充電すると、死んだリチウムが陽極に再接続され、バッテリーの排出能力が向上します。
関連リンクの提案：
– Nature – この研究が公開されたジャーナルNatureの公式ウェブサイトです。
– スタンフォード大学 – リチウムメタル電池の研究が行われたスタンフォード大学の公式ウェブサイトです。
The source of the article is from the blog lisboatv.pt