リチウムの製造を簡素化する

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バッテリーのイノベーションに関しては、潜在的な新しい化学物質や材料に多くの注目が集まります。 コストを削減するための生産プロセスの重要性は見落とされがちです。

今回、MIT からスピンアウトした 24M Technologies は、各セルの製造に必要な材料と手順を減らした新しい設計により、リチウムイオン電池の製造を簡素化しました。 同社によれば、この設計は、ネバネバした電極を使用することから「セミソリッド」と呼ばれており、生産コストが最大40パーセント削減されるという。 このアプローチにより、バッテリーのエネルギー密度、安全性、リサイクル性も向上します。

業界の関心から判断すると、24M は何かを狙っているようです。 24M は 2015 年にステルス モードから復帰して以来、フォルクスワーゲン、富士フイルム、ルーカス TVS、Axxiva、Freyr を含む多国籍企業にその技術をライセンス供与してきました。 この最後の3社は、24Mの技術をベースにしたギガファクトリー（年間生産能力がギガワット規模の工場）をインド、中国、ノルウェー、米国に建設する計画だ。

「SemiSolidプラットフォームは、住宅用エネルギー貯蔵システム向けに生産される数百メガワットの規模で実証されています。今後はギガワット規模で実証したいと考えています。」と24Mの共同創設者兼チーフチームを率いる24M CEOの太田直樹氏は語る。科学者、マサチューセッツ工科大学のイェットミン・チャン教授。

大規模な生産ラインの確立は、24M の計画の第 1 段階にすぎません。 そのバッテリー設計のもう 1 つの重要な魅力は、リチウム イオンの化学的性質のさまざまな組み合わせで動作できることです。 これは、24M のパートナーが、製造プロセスを大幅に変更することなく、より優れた性能の材料をラインに組み込むことができることを意味します。

24Mが可能にしたいと考えている次世代電池の迅速かつ大規模な生産は、電気自動車のコストや性能から化石燃料に代わる再生可能エネルギーの能力に至るまで、社会全体の電池の普及に劇的な影響を与える可能性がある。

「これはプラットフォーム技術です」と太田氏は言う。 「当社は、単に低コストで信頼性の高い事業者であるだけではありません。それが今日の当社の姿ですが、次世代の化学品に対しても競争力を持つことができます。顧客がサプライチェーンを変更することなく、市場にあるあらゆる化学品を使用できます。スタートアップ企業はその問題に今日ではなく明日対処しようとしている。私たちの技術は今日も明日もこの問題に対処できるだろう。」

シンプルなデザイン

チェンさん、MITの京セラ材料科学工学教授です。蒋介石氏は、2001年に別の電池会社A123システムズを共同設立した後、初めて大規模電池生産を垣間見ることができた。その会社が2000年代後半に株式公開の準備をしていたとき、蒋介石氏はもっと簡単に電池を設計できないかと考え始めた。製作する。

「電池製造がどのようなものかを知ることができました。そして印象に残ったのは、たとえそれを成功させたとしても、それが信じられないほど複雑な製造プロセスだということでした」と Chiang 氏は言います。 「これは、1980 年代後半に電池に応用された磁気テープの製造に由来しています。」

1985 年から教授を務めている MIT の研究室で、チェン氏は「半固体フロー電池」と呼ぶ新しい種類の装置をゼロから開発しました。この装置は粒子ベースの電極を運ぶ液体をポンプでタンクに送り出し、電荷を蓄えるものです。 。

2010年、チェン氏はMITのポスコ材料科学工学教授であるW.クレイグ・カーター氏と提携し、2人の教授は学部の論文でフロー電池を研究した学生ミハイ・ドゥデュタ'11を指導した。 1 か月以内に、Duduta は Chiang の研究室でプロトタイプを開発し、24M が誕生しました。 (Duduta はその会社の最初の雇用者でした。)

しかし、24M が MIT の技術ライセンス局 (TLO) と協力してチアン氏の研究室で行われた研究を商業化する一方で、ドゥデュタ氏を含む社内の人々はフロー電池の概念を再考し始めた。 数年間にわたり 24M のコンサルティングを行ったカーター氏による内部コスト分析は、最終的に研究者らの方向転換につながりました。

そのため、同社にはフロー電池の電極を構成する粘稠なスラリーが大量に残されました。 カーター氏のコスト分析から数週間後、当時24M社の上級研究員だったドゥデュタ氏は、ネバネバした電極を電解液に直接混ぜて、スラリーを使って手作業で電池を組み立てることを決意した。 そのアイデアは定着しました。

電池の主な構成要素は、正および負に帯電した電極と、それらの間をイオンが流れることを可能にする電解質材料です。 従来のリチウムイオン電池は、電極を所定の位置に保持する不活性プラスチックと金属の層によって電解質から分離された固体電極を使用します。

従来のバッテリーの不活性材料を取り除き、ネバネバした電極混合物を採用することで、24M の設計には多くの利点がもたらされます。

1 つは、従来のリチウムイオン製造における電極の乾燥と固化というエネルギー集約的なプロセスが不要になることです。 同社によれば、銅やアルミニウムなどの高価な材料を含む、従来の電池に含まれる不活性材料の80パーセント以上の必要性も削減されるという。 また、この設計はバインダーを必要とせず、非常に厚い電極を備えているため、電池のエネルギー密度が向上します。

「会社を設立するとき、賢明なことは、すべての前提条件を再考し、目的を達成するための最善の方法は何かを考えることです。私たちの場合、それは単純に製造された低コストのバッテリーでした」とチェン氏は言う。 「私たちは、最初から電気化学的に活性で、電解質を含むリチウムイオン懸濁液を作ることに真の価値があると判断しました。電解質を処理溶媒として使用するだけです。」

24M は 2017 年に MIT 産業連絡プログラムの STEX25 スタートアップ アクセラレーターに参加し、そこで蒋氏と協力者は初期のパートナーシップを確保するのに役立つ重要な業界のつながりを築きました。 24M はまた、エネルギー省から資金提供を受けたプロジェクトで MIT の研究者と協力してきました。

バッテリー革命を可能にする

24M のパートナーのほとんどは、急速に成長する電気自動車 (EV) 市場に自社のバッテリーに注目しており、創業者らは自社の技術が EV の普及を加速すると信じている。 （エネルギー研究所によると、バッテリーのコストはEVの価格の30〜40％を占めています）。

「リチウムイオン電池は長年にわたって大幅な改良を行ってきたが、イーロン・マスクでさえ画期的な技術が必要だと言っている」と太田氏はEV企業テスラのCEOを引き合いに出して語った。 「EVをより一般的にするためには、生産コストのブレークスルーが必要です。今日ではすでに大量のバッテリーを生産しているため、規模の拡大によるコスト削減だけに頼ることはできません。」

24M は、パートナーが自社のギガファクトリーにすぐに組み込める新しいバッテリーの化学的性質を証明することにも取り組んでいます。 今年1月、24Mはエネルギー省のARPA-Eプログラムから、電気航空用にリチウム金属アノードと半固体カソードを使用する高エネルギー密度バッテリーを開発および拡張する助成金を受け取った。

このプロジェクトは、長年求められてきた電池革命を可能にする新しいリチウムイオン電池の化学的性質を検証するために設計された世界中の多くのプロジェクトのうちの 1 つです。 24M は大規模なグローバル生産ラインの構築を推進し続けており、ラボのイノベーションをユビキタスな世界を変える製品に変えるのに有利な立場にあるとチームは確信しています。

「このテクノロジーはプラットフォームであり、私たちのビジョンは、Google の Android (オペレーティング システム) のように、他の人が私たちのプラットフォーム上で何かを構築できるようにすることです」と太田氏は言います。 「私たちはハードウェアを使ってそれを実現したいと考えています。そのため、私たちはこの技術にライセンスを供与しています。私たちのパートナーは同じ生産ラインを使用して、新しい化学反応やアプローチの利点を得ることができます。このプラットフォームは、より多くの選択肢をすべての人に提供します。」

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