バッテリー技術の画期的な進歩により、手頃な価格の電気自動車の大量導入への道が開かれる

2022 年 10 月 12 日

エイドリアン・ベラール著

ペンシルベニア州ユニバーシティパーク — 電気自動車のバッテリー設計の画期的な進歩により、一般的な EV バッテリーの充電時間は 10 分が可能になりました。より短い充電時間とより長い航続距離を実現するために獲得されるより多くのエネルギーという記録破りの組み合わせが、本日 (10 月 12 日) ジャーナル Nature で発表されました。

「小型で高速充電のバッテリーの必要性はこれまで以上に高まっています」とペンシルベニア州立大学機械工学教授ウィリアム・E・ディーフェンダーファーであり、この研究の筆頭著者であるチャオヤン・ワン氏は述べた。「予想される需要を満たすのに十分なバッテリーと重要な原材料、特に国内で生産された原材料がまったくありません。」

カリフォルニア州大気資源委員会は8月、州内でのガソリン車の販売を制限し、最終的に禁止する広範な計画を可決した。 2035年までに、米国最大の自動車市場は事実上内燃機関を廃止することになる。

新車の販売がバッテリー駆動の電気自動車（EV）に移行する場合、充電するには遅すぎることと、効率的で手頃な価格には大きすぎるという2つの大きな欠点を克服する必要があるとワン氏は説明した。バッテリーによっては、ガソリンポンプで数分間充電するのではなく、EV によっては充電に 1 日かかる場合もあります。

「当社の急速充電技術は、ほとんどのエネルギー密度の高いバッテリーに対応しており、ドライバーに航続距離の不安を感じさせることなく、電気自動車のバッテリーを150kWhから50kWhに小型化する新たな可能性を開くことになる」と、同研究所が州立大学に拠点を置く新興企業と提携したワン氏は述べた。 ECパワーがテクノロジーを開発します。「小型で高速充電のバッテリーにより、バッテリーのコストとコバルト、グラファイト、リチウムなどの重要な原材料の使用量が大幅に削減され、手頃な価格の電気自動車の大量普及が可能になります。」

この技術は、バッテリーに可能な限り最高のパフォーマンスを要求するアクティブな温度制御方法である内部熱変調に依存しているとワン氏は説明した。バッテリーは高温であるが、熱すぎないときに最も効率的に動作します。バッテリーを常に適切な温度に保つことは、バッテリーエンジニアにとって大きな課題でした。ワン氏によると、これまでバッテリーの温度を調整するために、外部の大型の加熱および冷却システムに依存しており、反応が遅く、多くのエネルギーを浪費していたという。

ワン氏と彼のチームは、代わりにバッテリー内部から温度を調整することにしました。研究者らは、アノード、電解質、カソードに加え、4番目の構成要素として極薄ニッケル箔を追加した新しい電池構造を開発した。ニッケル箔は刺激として機能し、バッテリーの温度と反応性を自己調整するため、ほぼすべてのEVバッテリーで10分間の高速充電が可能になるとワン氏は説明した。

「真の急速充電バッテリーは即座に影響を与えるだろう」と研究者らは書いている。「すべての内燃機関車を150kWh搭載のEVに置き換えるのに十分な原料鉱物がないため、EVが主流になるには急速充電が不可欠です。」

この研究のパートナーであるEC Powerは、手頃な価格で持続可能な車両電動化の未来に向けて、急速充電バッテリーの製造と商品化に取り組んでいる、とWang氏は述べた。

この研究の他の共著者は、ペンシルベニア州立大学の Teng Liu 氏、Xiao-Guang Yang 氏、Shanhai Ge 氏、Yongjun Leng 氏、EC Power の Nathaniel Stanley 氏、Eric Rountree 氏、Brian McCarthy 氏です。

この研究は、米国エネルギー省、米国国防総省、米国空軍、およびウィリアム E. ディーフェンダーファー基金によって支援されました。

アドリアンヌ・ベラール

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