バッテリーのブレークスルー：新技術によりリチウムイオン容量が3倍に
テイラー・ソパー著
ずっと動き続ける電池を宣伝していたエナジャイザーバニーのコマーシャルを覚えていますか?
ワシントン州立大学の研究者たちは、現在の容量の約 3 倍の電力で継続的に動作し続けることができる新しいリチウムイオン電池を開発しました。
テクノロジーアライアンスプログラムの科学 + テクノロジー発見シリーズの一環として、ワシントン州立大学の工学教授である M. グラント ノートン博士が、金曜日の早朝、シアトルのレイニアー クラブで講演し、彼のチームの画期的となる可能性のある研究結果について話す予定です。
今週初め、ノートン氏にインタビューする機会があり、講演内容についてより深く理解することができました。Journal of Materials Scienceの現副編集長であるノートン氏は、ワシントン州立大学で20年以上にわたり材料科学の教授を務めています。彼のチームはここ数年、この新素材の開発に取り組んできましたが、実際にバッテリーを製造したのはここ10ヶ月ほどです。
GeekWire: お話をありがとうございました、教授。70歳のおばあちゃんに、この新しい技術を説明していただけますか？
ノートン氏： 「私たちが取り組んでいるのは、リチウムイオン電池の性能を向上させるための新たな材料技術の研究です。リチウムイオン電池は、スマートフォン、ノートパソコン、タブレット端末で最も一般的に使用されている電池であり、テスラ・ロードスターのような自動車用途向けに開発されている主要な電池技術でもあります。」
車であろうと携帯電話であろうと、デバイスの性能にはバッテリー技術の限界があります。私たちは基本的に、バッテリーの性能向上につながるよう、その技術の向上に取り組んでいます。」
GW：それはいいですね。では、Geek-Y系の読者のために、もう少し詳しく教えていただけますか？
ノートン氏： 「現在のリチウムイオンバッテリーを見てみると、その構成要素の一つにアノード電極があります。現在、アノード電極には炭素が材料として使われていますが、この炭素には貯蔵できるエネルギー量に限界があります。これが最終的にバッテリーの性能を制限してしまうのです。そこで私たちは、既存の炭素ベースのアノード技術の最大3倍のエネルギーを貯蔵できる新しいアノード技術を開発しています。この性能がバッテリーの他の部品にも応用されれば、スマートフォンやノートパソコンの使用時間は3倍に延びることになります。」
GW：これは炭素を錫に置き換えることで可能になったと理解していますが、錫の何が特別なのでしょうか？
ノートン氏： 「スズは炭素よりもはるかに多くのリチウムを貯蔵することが知られており、これは私たちがこの分野に参入するずっと前から行われていた研究です。この研究は1990年代後半にスタンフォード大学で発表されたもので、理論的にはスズが炭素よりも大幅な性能上の優位性を持つことが特定されました。」
他の研究者たちが見出した課題は、スズを、放電と充電の繰り返しサイクルを通して安定性を保つ形状に製造することです。2000年から現在にかけて行われた研究は、スズが優れた材料であることを示しましたが、安定性が不足しているため、アノードの寿命が制限されることを示しました。
私たちがWSUで行っているような方法で製造すれば、他のグループが寿命の限界で発見した問題を実際に軽減できるということを実証できました。他のグループが発表したデータと比較して、はるかに長い充放電サイクルと高いエネルギー維持を実現できました。基本的に、他のグループのアノード材料はスズ製で、比較的早く劣化します。私たちが実証できたのは、電気めっきによって製造するこの独自の構造により、これらのセルが非常に安定しているということです。」
GW: 今後の計画は何ですか?
ノートン氏： 「現在、自社で製造しているバッテリーについて、社内で複数の試験を実施しています。最終目標は、それらを第三者機関に供給し、第三者機関による検証を受けることです。その後、ワシントン州立大学からスピンオフする会社を設立し、その技術のライセンス供与を受け、商業化に向けて取り組んでいく予定です。」
GW: あなたの研究は画期的なものですか?
ノートン： 「私たちは、既存の技術よりも優れた性能を持つ材料を、既存の材料よりも製造コストが低い材料で実証しました。つまり、性能がほぼ3倍向上しただけでなく、コストも削減できたということです。私たちの材料は既存のセルに直接組み込むことができるため、バッテリーメーカーは既存のアノード材料を私たちのアノード材料に置き換えるだけで、他に何も変更する必要がありません。」
ゲームチェンジャーという点では、10時間から100時間持続するわけではありませんが、10時間から30時間持続するようになる可能性はあります。これは重要な改善だと思います。10時間から100時間持続するほどゲームチェンジャーになることはないかもしれませんが、大きな改善が見られると思います。また、コストも下がっているため、リチウムイオン電池の新たな市場が開拓される可能性もあります。
また、当社が使用している材料はすべて、業界の現状と互換性があるため、業界は当社の取り組みを統合するために設備を再構築する必要がありません。実際、デトロイトのある企業と話をしたところ、最近の自動車産業の低迷により、米国では電気めっきの生産能力が過剰になっているとのことでした。これは、現在苦戦している米国製造業の様々な分野に再び活力を与える可能性があります。この分野には、多くの刺激的なチャンスがあると考えています。」
GW: 時間を割いていただきありがとうございました、グラント。
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