より安全なリチウム電解液

リチウムイオン電池用のより安全な電解液は極寒の地域でも効果を発揮します。 電気自動車は世界中で広く普及しています。 EVは燃料自動車よりも効率が高く、ランニングコストが低く、メンテナンスが少なく、環境に優しいため、将来的には化石燃料自動車に取って代わる可能性があります。 バッテリーは、EV で使用される最も一般的な化学エネルギー貯蔵システムです。 リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度と長寿命を示すため、EV の主要な電池システムです。

ただし、極度に低温になると、リチウムイオン電池のエネルギーと電力容量が低下する可能性があります。 主な問題は、バッテリーの 2 つの電極間でイオンと呼​​ばれる電荷を運ぶ粒子を移動させ、バッテリーの充電と放電を引き起こす液体電解質にあります。 しかし、液体は氷点下の温度で凍結し始めるため、寒い地域や季節では電気自動車の充電の効率が制限されます。

これらの問題を克服するために、米国エネルギー省 (DOE)、アルゴンヌ国立研究所、ローレンス バークレー国立研究所の科学者チームは、氷点下の温度でも良好に機能するフッ素含有電解質を開発しました。

チームは多くのフッ素系溶剤を調査しました。 彼らは、氷点下の温度でクラスターからリチウムイオンを放出するためのエネルギー障壁が最も低い構造を特定しました。

科学者らは、フッ素化またはエステル基付近のフッ素化のレベルが高いと、より大きな電子吸引効果が生じ、その結果、原子電荷が低下し、Li イオンへの結合エネルギーが低下し、イオン伝導率が低下し、低温での溶解度が低下することが明らかになりました。

彼らはまた、その特定の構造がなぜこれほどうまく機能するのかを原子スケールで解明した。 それは、各溶媒分子内のフッ素原子の位置と数によって異なります。

実験室での電池テストでは、チームのフッ素化電解質は華氏マイナス 4 度で 400 回の充放電サイクルにわたって安定したエネルギー貯蔵容量を維持しました。 氷点下であっても、その容量は室温で従来の炭酸塩ベースの電解質を使用した電池と同等でした。

不凍液電解液は不燃性であるため、現在使用されている炭酸塩ベースの電解液よりも安全であるという利点があります。

DOE エネルギー効率・再生可能エネルギー局、自動車技術局がこの研究に資金を提供しました。

フッ素電解質は氷点下の温度でも機能するため、電気自動車は気温の低い地域でも役立ちます。 また、これはバッテリー技術の進化にも役立ち、さまざまな目的に使用できます。

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リチウムイオン電池用のより安全な電解液は極寒の地域でも効果を発揮、2023 年 5 月 22 日