パナソニックとシラナノテクノロジーズは、リチウムイオン電池のグラファイトをシリコンに置き換えて、シリコンEV電池を製造します。最近、両社は将来の電気自動車用のリチウムイオン電池を開発する契約を締結しました。新しい電池ではグラファイトをシリコンに置き換え、性能の向上と寿命の延長を実現します。新しく開発された電池は、性能の向上と寿命の延長の可能性を秘めています。
パナソニックは、シリコンアノードメーカーであるSila Nanotechnologies社との画期的な提携を発表しました。この提携により、2024年までに同社の技術をパナソニックの既存のバッテリー生産ラインに組み込む予定です。この新技術により、電気自動車（EV）の航続距離が伸び、充電時間が短縮されるなど、性能が向上します。この技術は、リチウムイオンEVバッテリーの負極に通常使用されるグラファイトをシリコンに置き換えるものです。
IEAの報告書によると、2023年には驚異的な14万台の電気自動車が販売され、この数は今後数年間で急増すると見込まれています。これらの車両は現在、絶えず改良されている最先端のリチウムイオン電池に依存しています。しかし、その進歩にもかかわらず、いくつかの課題が依然として残っており、全体的な有用性と利便性を制限しています。
米国シエンザ・エナジーの最高科学責任者であるアジン・ファヒミ氏は、 「バッテリーのサイズと重量に対するエネルギー貯蔵能力、つまりエネルギー密度は、電気自動車にとって重要な要素であり、1回の充電で走行できる距離に影響する」と述べた。
アジン・ファヒミ氏のチームはシリコンアノードの実装に関する様々な研究に取り組んでおり、彼女はさらに「もう一つの重要な側面は電力密度です。これはバッテリーがどれだけ速くエネルギーを供給できるかを示すものです」と付け加えた。
新しいシリコンアノードによって航続距離と充電時間が影響を受けるのはなぜですか?
バッテリーは、電極と呼ばれる 2 つの導電体間のイオンと呼ばれる荷電粒子の動きに依存しています。充電プロセス中、リチウムイオンはカソード (正極) から電解質を通って移動します。その後、アノード (負極) に入り、電力を供給するために必要になるまでそこに留まります。
「バッテリーが機器に電力を供給する際、リチウムイオンは陽極から陰極へと移動します。このイオンの移動によって電子が外部回路を流れ、機器に電力を供給する電流が発生するのです」とファヒミ氏は付け加えた。
バッテリーの性能は、負極材に大きく左右されます。負極材は、自動車の動力源として必要になるまでイオンを蓄える役割も担っています。
ファヒミ氏によると、「優れた負極材料は、高いエネルギー密度を確保するための高いリチウム貯蔵容量、効率的な電子の流れを促進するための良好な電気伝導性、そして急速充電能力を実現するための高速イオン輸送能力を備えている必要がある。また、負極は、イオンが出入りする際に体積が変化しない安定した構造も必要である。体積変化は表面を損傷する可能性があるからだ。」
パナソニックとSila NanotechnologyがシリコンEVバッテリーを製造。従来、リチウムイオン電池では、層状構造を持つグラファイト負極が広く使用されてきた。この層状構造により、体積の大きな変化なしにイオンの移動が可能になる。
「シリコンは化学的性質上、1グラムあたり10倍以上のエネルギーを保持できます。この高い容量は、シリコンがより多くのリチウムイオンを貯蔵できることを意味し、結果としてバッテリーのエネルギー密度が高くなります。エネルギー密度が高いということは、EVの1回の充電での走行距離が長くなることを意味します。残念ながら、シリコンはリチウムイオンで満たされると元の大きさの3〜4倍に膨張し、機械的ストレスを引き起こし、最終的にはアノード材料の劣化につながります」とファヒミ氏は説明した。
したがって、この課題に対処するには、シリコン陽極のナノスケール設計が不可欠です。その後の研究で、シエンザのファヒミのチームとシラのチームは、この問題の解決に取り組んでいます。
