さまざまなバッテリーシステム、どの化学が最も有望か

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さまざまなバッテリーシステム、どの化学が最も有望か

Aug 19 , 2019

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。

クリーブランドに本拠を置く業界調査会社フリードニア・グループによると、一次電池と二次電池の世界需要は年間7.7パーセント増加し、2019年には1,200億米ドルに達すると予測されています。本当の成長は二次（充電式）電池と二次電池にあります。フロスト＆サリバンによると、二次電池は世界市場の 76.4 パーセントを占めており、この数字は 2015 年には 82.6 パーセント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牽引されています。以前の推計では電気自動車の需要が過大評価されており、その後、数値は下方調整された。

2009 年には、一次電池は世界市場の 23.6 パーセントを占めていましたが、フロスト＆サリバンは、2015 年までに 7.4 パーセント減少すると予測しています。非充電式電池は、時計、電子キー、リモコン、おもちゃ、懐中電灯、ビーコン、軍事機器などに使用されています。戦闘。

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、これらの化学物質の分布を示しています。収益シェア 37% を誇るリチウムイオン電池は、ポータブルデバイスや電動パワートレインに最適なバッテリーです。現在、その優位性を脅かすシステムは他にありません。

図 1: さまざまなバッテリーの化学的性質による収益への寄与

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、一次
8% 鉛酸、固定
6% 亜鉛炭素、一次
5% 鉛酸、ディープサイクル
3% ニッケル水素
3% リチウム、一次
2% ニッケルカドミウム
1% その他

鉛酸は、大量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、鉛酸バッテリーの需要は依然として成長しています。用途は、SLIとしても知られる自動車用スターターバッテリー(20%)、電源バックアップ用の定置型バッテリー(8%)、ゴルフカー、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%)に分類されます。。

高い比エネルギーと長期間の貯蔵により、アルカリは、ジョルジュ・ルクランシェが 1868 年に発明した古い炭素亜鉛よりも人気が高くなりました。ニッケル水素 (NiMH) は、以前はニッケルカドミウム (ニッカド）。しかし、NiMH の市場シェアは 3% で減少しており、マイナーなプレーヤーになりつつあります。

新しいバッテリーの用途は、個人の移動手段の電動パワートレインです。バッテリーのコスト、寿命、環境問題により、自動車分野がこの新しい推進システムをどれだけ早く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。代替モードは、特に北米で激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かもしれないが、そのような介入は真のエネルギーコストを歪め、化石燃料に関する根本的な問題を隠し、選ばれたロビー団体に短期的な解決策を提供することになる。

バッテリーの成長をさらに促進する新市場は、電動自転車と再生可能エネルギーの蓄電システムであり、住宅所有者、企業、発展途上国は恩恵を受けています。大規模なグリッド蓄電池は、活動が活発なときに余剰エネルギーを収集し、入力が低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。

バッテリの進歩

バッテリは 2 つの面で進歩しており、実行時間を長くするための比エネルギーの増加と、高電流負荷要件に対する比電力の向上を反映しています。バッテリーの一方の特性を改善しても、自動的にもう一方の特性が強化されるわけではなく、多くの場合妥協が必要になります。図 2 は、比エネルギー (Wh/kg) と比電力 (W/kg) の関係を示しています。

比エネルギーと比出力の点で最も優れた性能を発揮するバッテリーは、二次リチウム金属 (Li 金属) です。初期バージョンは 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 年にリコールが行われました。固体リチウムは金属フィラメント、つまり樹枝状結晶を形成する傾向があり、短絡の原因となります。他の企業がこの問題を解決しようとさらに試みた結果、開発は中止されました。

リチウム金属の独特の性質により、メーカーはこの強力な化学反応を再考するようになっています。樹状突起を制御し、所望の安全基準を達成するには、金属リチウムをスズおよびシリコンと混合することで達成できる可能性があります。グラフェンは、改良されたセパレーターの一部としても試みられています。グラフェンは、六角形のハニカム状に結合した原子 1 個分の厚さの純炭素の薄層です。デンドライトの貫通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ります。これは電気自動車にとって特に重要です。