実用的なリチウム空気電池の探求に新たな顔
多くの人が、画期的な電池のブレークスルーを約束するニュースを目にするでしょう。多くの場合、実現不可能と思えるほど小さな技術や理論上のコンセプトが、現実世界ではうまく機能しないという理由で、ひっそりと棚上げされてしまうのです。しかし今、研究者たちはリチウム空気電池の溶媒として、ジエチレングリコールジエチルエーテルという物質を研究対象に挙げています。このような昔ながらの溶剤(すでにさまざまな工業プロセスで使用されているもの)の使用には、異なる種類の期待が寄せられています。主な理由は、すでに実績があるからです。
この溶剤が注目される理由
バッテリーをいじくり回してきた経験から、バッテリーの理論と研究室の外で実際に機能するものとの間に、どれほどのフラストレーションがあるのかがわかります。リチウム空気バッテリーを十分な充電サイクルにかけると、標準的な電解質は簡単に壊れてしまいます。システム全体が繊細で、多くの有望な材料が空気に触れると問題を引き起こします。ジエチレングリコールジエチルエーテルがこの呪いを振り払えば、注目する十分な理由があります。肝心なのは、溶剤の堅牢性です。その耐久性と、副産物の山にならずに済む能力が、溶剤に一定の信頼を与えています。十分に破壊に耐えるほど丈夫な溶媒で動作するリチウム空気電池が、ついに研究室の外に出て、毎日使用するデバイスに搭載できるようになりました。
リチウム空気電池の問題点
新しい電池技術を探している人なら誰でも、リチウム空気がその驚異的なエネルギー密度のために長年大きな期待を集めてきたことを知っています。この正式な用語は、理論上、携帯電話や車を動かすリチウムイオン電池よりも少ないスペースに多くの電力を詰め込むことができることを意味します。問題は、使用するたびに不要な化学反応が起こり、電池の内部を腐食させて、投資した価値を得る前に電池をダメにしてしまうことです。これらの分解生成物が内部を詰まらせて抵抗を増加させ、高性能の夢はここで終わります。 有毒溶媒と可燃性蒸気の危険性は、化学の問題にとどまらず、職場の安全確保や規制上の悩みの種でもあります。そのため、この溶媒の特徴である、沸点が高く揮発性が低い溶媒を見つけることは、目新しさよりも安心感をもたらします。
数字だけの問題ではない
化学の世界以外の人は、電解質の選択がパフォーマンスの鍵を握ることを見逃すかもしれません。数年前、溶媒に見落とされていた不純物が原因で、プロトタイプのバッテリーを一バッチ丸ごと廃棄しなければなりませんでした。ほとんどのスタートアップ企業は、そのようなコストを負担することはできません。より安定した、広く入手可能な溶媒は、サプライチェーンを簡素化し、研究室での事故を大幅に削減します。材料に必要なのは、単にリチウムイオンを移動させるだけではありません。多少の酷使にも耐え、ベトベトしたりガスになったりせず、空気正極やリチウム負極を破壊しないことも必要です。これらのうち1つでも欠けると、大きな約束はすべて水の泡になります。研究者がジエチレングリコールジエチルエーテルに注目するのは、まさにこの現実世界の要望の多くを満たすからです。
ブレークスルーを日常使用に
溶媒の持続的な分解はバッテリーの性能を低下させ、メーカーは化学的微調整を行うたびにこの問題と格闘しています。より安定したものに置き換えることで、電気自動車や緊急時のバックアップグリッドに搭載できるバッテリーへの道が開かれます。数回使用しただけで機能しなくなったり、パッケージが破裂するたびに防護服が必要になるようなバッテリーは存在しません。バッテリーが真のエネルギー革命を起こすには、安全かつ安価に大規模に製造・使用する必要があります。古くからある化学物質を新しい分野に持ち込むたびに、取り扱い方法や暴露データの長いリストも引きずって行くことになります。これは工場にとっては朗報ですが、希少な「奇跡の化合物」の特許取得を目指す人にとっては悪報です。これは現実的で、行う価値のあるトレードオフです。
現実的なソリューションと今後の方向性
研究室で作られた珍しい液体混合物から離れることは、企業が特別なインフラストラクチャやまれな承認を必要としないことを意味します。ジエチレングリコールジエチルエーテルなどの溶媒を使用すると、安全システムを何年もかけて再開発することなく、より大きな機械で化学的性質をテストできます。原材料以外にバッテリーのコストが高い理由を説明しようとした人にとっては、この変化が理にかなっていることがわかり始めます。昔ながらの化学物質がすべて第二の人生を送るわけではありませんが、これはすぐに利用できるようになります。爆発の危険のない既製の溶媒は、労働者と地方自治体の両方の頭痛の種を軽減します。さらに、これらのバッテリーの寿命が延び、頻繁な交換が不要になれば、真の持続可能性に一歩近づくことができます。真の効果は、試験を経て、数百、数千個のセルを量産できるパイロットラインを構築することで得られるでしょう。この溶媒だけですべての問題が解決するわけではありませんが、バッテリー科学をより良い方向に導くでしょう。