聞いたこともない革新的な電気自動車バッテリー技術

これらの開発のおかげで、EV バッテリーの長寿命化、航続距離の延長、安全性の向上は魅力的に近づいています。

バッテリー技術は急速に進歩しており、さまざまなセル化学や充電技術により、数年以内に電気自動車 (EV) に革命が起こる可能性があります。

ここでは、新しいバッテリー素材から、バッテリーをより安全かつ迅速に分解するための AI ロボティクスに至るまで、革新的なテクノロジーのいくつかを概説します。

2023 年の最新の EV バッテリーのほとんどは、さまざまなセル設計と金属の組み合わせを備えたリチウムイオンセル化学を使用しています。 しかし、ほとんどすべての電池はグラファイト陽極を使用しており、これが時間の経過や充電サイクルの経過とともにリチウムイオン電池の性能が低下する要因の 1 つとなっています。

現在、シリコン陽極は、電池の寿命と性能を大幅に向上させる大きな技術進歩のひとつとして期待されています。 シリコン電池の負極は 1970 年代から実験されてきました。 しかし、バッテリーの充電速度、性能の寿命、セルのエネルギー密度を向上させることがより重要になったため、リチウムシリコンバッテリーはここ数年で大きな進歩を遂げました。

リチウムシリコン電池（として知られるようになってきている）はリチウムイオンのサブブランドであり、依然としてコバルトやニッケルなどの入手困難な金属に依存しているが、シリコン負極材料は電池の性能を変える可能性があることを明確にする価値がある。バッテリーの充電速度と寿命。

StoreDot はイスラエルに拠点を置き、ダイムラーおよびボルボとの実質的な関係の恩恵を受けて、10 年以上シリコン アノード開発の頂点に立っています。 最近、その「100 in 5」リチウムシリコンバッテリーで画期的な進歩を遂げました。このバッテリーは、充電時間 5 分あたり 100 マイルで充電できます (75kWh バッテリーの場合、約 10 分で 10 ～ 80%)。優れた長寿命を持っています。

テストでは、StoreDot のバッテリーは 350kW の充電器で 10 ～ 80% の超急速充電が可能で、その後、別の超急速充電の前に 1 時間急速放電するなど、バッテリーの性能が発揮されるまで 1,000 回繰り返すことができることが証明されました。新品時の 80% まで劣化します。このような極端な充電条件下では、従来のグラファイト陽極よりもはるかに長い寿命を示します。

StoreDot の CEO、Doron Myersdorf 氏は、「100-in-5 バッテリーのサンプルをパートナーに発送できてとてもうれしく思いました」と語った。 「これ（100 in 5 バッテリー）は、以前は不可能だと考えられていたものです。

「何年も前に私たちを訪れた専門家は皆、バッテリーの超急速充電は抵抗や熱などの理由で不可能だと言いましたが、それでも私たちは抵抗がはるかに低く、非常に安全に繰り返し充電できるバッテリーを作成することに成功しました。 5分以内に160マイルの航続距離を達成できます。」

他のテクノロジーと同様に、シリコンにも欠点があり、充電中に加熱されると体積が大きく膨張する傾向があります。 マイヤーズドルフ氏は、100-in-5 バッテリーがどのように「チャネルにシリコンが埋め込まれたスポンジのようなカーボンの 3D 構造を使用している。充電中にイオンがこれらのチャネルに入ると、シリコンのナノサイズの粒子を膨張させるが、それは3D 構造の外側では膨張しません。これが、膨張によるペナルティを支払うことなくシリコンを安全に利用する方法です。」

この新しいシリコン電池技術は、今後数年以内にプレミアムEV市場に投入されると予想されます。

コバルトフリーのバッテリーが商用車分野ですでに使用されており、長年にわたって大量に存在していることを知っている人はほとんどいません。 現在、コバルトフリーのリン酸鉄リチウム（LFP）電池の進歩により、この電池は乗用電気自動車にも歓迎される機能となり、すでにテスラ、MG、BYDで広く使用されています。

LFP技術は何年も前から存在していましたが、リチウムイオン電池ほど多くのエネルギーを保持できないという事実により、ほとんどのメーカーが代わりにそれに焦点を当て、それが標準になりました。

しかし、中国ではLFP電池の開発が過去数十年にわたって続けられ、現在では中国で販売されるEVのほぼ半数にLFP電池が使用されている。 中国メーカーのBYDとSAIC（MGブランドを所有）、そしてTeslaのStandard Range Model 3はいずれも、リチウムイオン電池と同様の航続可能性を持つLFP電池を提供しているため、将来的にはさらに多くのLFP電池が登場すると予想されます。

BYD はまた、新しい「ブレード」バッテリーを使用して、LFP がより安全であることを証明しました。 セルは従来の箱や円筒形のセル形状ではなく、ストリップ状に配列されているため、Blade という名前が付けられました。同社は最近、Blade バッテリーに釘を打ち、セルの内部が酸素にさらされても発火しないことを実証しました。 。

欠点は？ LFP がリサイクルできるかどうかについては、大きな懸念があります。 材料自体は、従来のリチウムイオン電池と同様にリサイクル可能です (再利用できないのは樹脂のみであるため、通常 96% がリサイクル可能です)。しかし、鉄はコバルトやニッケルよりも価値の低い金属であるため、現在、古いバッテリーからリサイクルするよりも、新しい鉄を採掘する方が安価です。

リサイクルするという商業的、経済的インセンティブがなければ、リチウムイオンの場合のようにLFPバッテリーにはリサイクルは存在しないと示唆する専門家もいる。

電気自動車の販売が大幅に増加する中、裾野産業は避けられないバッテリー再利用の増加に対処する必要があると同時に、リサイクルも劇的に強化する必要があります。

バッテリーのリサイクルプロセスを安全かつ効率的にするために重要なのは、バッテリーの回収と「トリアージ」であり、バッテリーをリサイクルするのが最適か、それとも既存の状態で再利用するのが最適かを決定します。 損傷を受けた可能性のある細胞は細心の注意を払って取り扱う必要があるため、これはプロセスの中でも特に難しい部分です。

このため、バッテリーの回収、分析、分解を支援する高度なロボット工学が開発されています。 ファラデー研究所の ReLib プロジェクトは、バーミンガム大学と協力して、まさにそのようなロボット工学を長年にわたって開発してきました。

ReLib ロボット工学チームを率いるアリレザ・ラステガルパナ博士は、「テストはバッテリーの健康状態を示し、エンドユーザーが損傷したバッテリーモジュールや寿命が来たバッテリーモジュールを修理または交換できるようにするため、リサイクルよりも優先されます」と述べています。 「しかし、損傷したバッテリーのテストには、寿命が来たバッテリーよりも高い安全上のリスクが伴います。このプロセスを自動化することで、安全上のリスクを大幅に軽減でき、重要な物質のより効率的な回収にも役立ちます。」

ラステガルパナ博士とルスタム・ストルキン教授は、このプロセスを自動化するための一連の高度なロボット工学と人工知能のフレームワークをすでに開発しており、さまざまな設計のバッテリーを分解することもできます。 車両のバッテリー パック設計間の均一性の欠如は、安全なテストと分解プロトコルを確立する際の主な問題の 1 つであるため、これは重要です。

「近い将来、ロボット技術を使用して、バッテリーはより効率的に回収、リサイクル、再利用されるようになるでしょう」とラステガルパナ氏は説明します。 「ロボット工学を使用すると、バッテリーをより効率的に分解でき、廃棄物を削減できます。マシンビジョンと人工知能もバッテリーの分類と識別に使用されており、ロボットは機械学習アルゴリズムを使用してさまざまな種類のバッテリーとそのコンポーネントを識別することを学習できます」 。」

デジタルパスポートとブロックチェーン技術も、バッテリーの評価とリサイクルの容易さに革命を起こす可能性があります。 つまり、この技術により、バッテリーに簡単に追跡可能で詳細な改ざん防止のデジタル履歴が与えられ、再利用またはリサイクルを行う企業が部品の状態を簡単に確認できるようになります。

これは、バッテリーの状態をチェックする簡単な方法であるだけではありません。 ReLib のロボット工学チームは、ブロックチェーン技術を使用してロボット工学システムを支援し、バッテリーの 3D CAD (コンピューター支援設計) 図面などの情報を使用して関連タスクをより迅速かつ効率的に実行しています。