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化学が最も有望なさまざまなバッテリーシステム

2019-08-19

さまざまなバッテリーシステムについて学び、将来のトレンドを探り、どの化学が最も有望かを発見してください。

クリーブランドに拠点を置く業界調査会社であるフリードニアグループによると、一次および二次電池の世界需要は年間7.7%増加し、2019年には1,200億米ドルに達すると予測されています。 Frost&によるとサリバン、二次電池は世界市場の76.4%を占め、その数は2015年に82.6%に増加すると予想されています。需要は携帯電話とタブレットによって推進されています。以前の推定では、電気自動車の需要が過大評価されていたため、数値は下方修正されました。

2009年、一次電池は世界市場の23.6%を占め、Frost& Sullivanは2015年までに7.4%の減少を予測しました。非充電式バッテリーは、戦闘中の時計、電子キー、リモコン、おもちゃ、懐中電灯、ビーコン、軍事機器に使用されます。

バッテリーの種類の概要

バッテリーは化学によって分類されており、最も一般的なのはリチウム、鉛、ニッケルベースのシステムです。図1は、これらの化学の分布を示しています。 37%の収益分配率で、 リチウムイオンはバッテリーです ポータブル機器や電動パワートレインに最適です。今日その支配を脅かす他のシステムはありません。


図1:さまざまな電池化学による収益の貢献
37%リチウムイオン
20%鉛酸、スターターバッテリー
15%アルカリ、プライマリ
8%鉛酸、固定
6%亜鉛-炭素、一次
5%鉛酸、深サイクル
3%ニッケル水素
3%リチウム、プライマリ
2%ニッケルカドミウム
1%その他
鉛酸は、バルク使用向けの堅牢で経済的な電源としての地位を確立しています。リチウムイオンが鉛酸市場に進出しているにもかかわらず、鉛酸電池の需要は依然として増加しています。アプリケーションは、SLI(20%)としても知られる自動車用スターターバッテリー、電源バックアップ用の固定バッテリー(8%)、ゴルフ車、車椅子、シザーリフトなどの車輪付きモビリティ用のディープサイクルバッテリー(5%)に分けられます。 。


高い比エネルギーと長い貯蔵により、1868年にGeorgesLeclanchéが発明した古い炭素亜鉛よりもアルカリ性が一般的になりました。ニッケル水素(NiMH)は、ニッケルカドミウム( NiCd)。ただし、3%の市場シェアと減少により、NiMHはマイナープレーヤーになりつつあります。

新たなバッテリーの使用法は、個人輸送用の電動パワートレインです。バッテリーのコスト、寿命、および環境の問題により、自動車部門がこの新しい推進システムをどれだけ迅速に採用するかが決まります。化石燃料は安価で、便利で、すぐに入手できます。特に北米では、代替モードは厳しい反対に直面しています。政府のインセンティブが必要になる場合がありますが、そのような介入は真のエネルギーコストをゆがめ、化石燃料の根本的な問題を隠し、短期的な解決策を選択したロビーグループに提供します。

バッテリーの成長をさらに促進する新しい市場は、電動自転車と再生可能エネルギー用の貯蔵システムであり、そこから住宅所有者、企業、発展途上国が恩恵を受けています。大型のグリッド蓄電池は、アクティビティが多いときに余剰エネルギーを収集し、入力が少ないときやユーザーの需要が多いときにギャップを埋めます。

電池の進歩

バッテリーは2つの領域で進んでおり、より長い実行時間のための比エネルギーの増加と、高電流負荷要件のための比電力の改善を反映しています。バッテリの1つの特性を改善しても、他の特性が自動的に強化されるとは限らず、多くの場合妥協があります。図2は、Wh / kg単位の比エネルギーとW / kg単位の比電力の関係を示しています。

特定のエネルギーと特定の電力に関して最高のパフォーマンスを発揮するバッテリーは、二次リチウム金属(Li-metal)です。初期のバージョンは1980年代に当時のMoli Energyによって導入されましたが、アノードの金属リチウムの不安定性により1991年にリコールが発生しました。固体リチウムは短絡を引き起こす金属フィラメントまたは樹状突起を形成する傾向があります。他の企業によるこの問題を解決するためのさらなる試みは、開発の中止に終わりました。

Li-metalのユニークな性質により、メーカーはこの強力な化学を再検討するように促されています。樹状突起を飼いならし、望ましい安全基準を達成するには、金属リチウムをスズとシリコンと混合することで達成できます。グラフェンも改良されたセパレーターの一部として試されています。グラフェンは、六角形のハニカム構造に1原子の厚さで結合された純粋な炭素の薄い層です。デンドライトの浸透を防ぐ多層セパレーターも試されています。新しい実験用リチウム金属電池は300Wh / kgを達成し、その可能性ははるかに高くなっています。これは電気自動車にとって特に興味深いことです。

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