Futurology 1.1：小型で大容量のバッテリーがかつてないほど近くに

スマートフォンフューチャーロジーシリーズの年初に戻って、スマートフォンのバッテリーの背後にある技術と、今後の展望について説明しました。この記事は、大部分のスマートフォンに電力を供給するもののような、リチウム化学に基づいた電池の最近の開発のいくつかを見て、その記事の簡単な更新です。

携帯電話のバッテリー寿命が時間とともにどのように低下するのか、リチウム硫黄バッテリーやリチウム金属アノードなどの大容量テクノロジーがこれまで以上に実用に近づく方法を詳しく見ていきます。休憩の後にご参加ください。

：電話のバッテリーテクノロジーにおける最新のブレークスルー

バッテリーの容量が時間とともに減少する理由

画像クレジット：エネルギー貯蔵研究共同センター

米国のエネルギー貯蔵研究共同センターが率いるグループは、リチウム電池の経年劣化の背後にあるプロセスに関する証拠を収集することができました。。私の元の記事では、リチウム金属アノード上で樹枝状（木のように枝分かれしている）が成長し、バッテリー容量が減少することについて言及しました。

Li-po電極上のリチウム金属の経時的な堆積

クレジット：エネルギー貯蔵研究共同センター

チームは、STEM（走査透過電子顕微鏡法-信じられないほど小さな構造を分析する方法）を使用して、リチウムポリマーバッテリーのこれらの堆積物を経時的に観察する新しい方法を開発しました。

リチウム電池のアノードは、総容量を決定するものであり、これらの成長は、アノードがリチウムイオンをどれだけ効率的に貯蔵することができるかを妨げ、したがって、電池の容量を減少させます。また、リチウム金属のこれらの樹枝状成長は危険であり、バッテリーのバルーニング、またはさらに悪いことに爆発を引き起こす内部故障を引き起こす可能性があることが示されています。

そのようなプロセスを観察するこれらの画期的な能力により、チームは、これらの成長を制御する要因を決定することができました。これは、フィールドの研究者が商用リチウムベース電池の寿命と安全性を改善するのに役立ちます。

リチウム硫黄の改善

画像クレジット：カリフォルニア大学

リチウム硫黄技術に関する発表論文の数は劇的に増加しており、前述のように、この技術は、広く採用されているリチウムポリマー電池に代わる、リチウム電池技術の次の繰り返しと見なされています。要点をまとめると：

リチウム硫黄は、生産が容易であり、充電容量が大きいため、現在の技術の非常に魅力的な代替品です。さらに良いことに、ショートやパンクによる火災のリスクを大幅に減らす揮発性の高い溶剤を必要としません。

リチウム硫黄およびその他の将来のバッテリー技術の詳細

最近、カリフォルニア大学のグループがリチウム硫黄化学を取り巻く問題の1つを解決し、先月論文を発表しました。。

Li-Sバッテリーの寿命に関する問題が解決されると、テクノロジーはさらに現実的なものになります。

充電および放電プロセスで発生する化学反応中に、ポリスルフィド鎖が形成されます。これらのチェーンは電解質を無傷で通過する必要があり、これが問題のある場所であり、ポリスルフィドが溶液に溶けることがありますバッテリーの寿命に大きく影響します。

このグループは、二酸化ケイ素（本質的にガラス）の薄い層を使用してこれらのポリスルフィドをナノスフェアにコーティングする方法を開発しました。これにより、ポリスルフィドを電解質から遠ざけ、電極間を容易に移動できます。このような問題は多くの熱心な研究グループによって絶えず解決されており、リチウム硫黄電池の未来は私たちの携帯電話に日々近づいています。

リチウム金属アノードが実現する

画像クレジット： SolidEnergy Systems

バッテリーの未来学の記事で覚えているように、アノードとしてリチウム金属を使用できることは、それらがもたらす余分な容量のために、アノード材料の「聖杯」であると述べました。

SolidEnergy Systems Corp.は、通常のグラファイトおよび複合アノードを薄いリチウム金属アノードに本質的に置き換える「アノードレス」リチウム電池を誇示しています。彼らは、グラファイトアノードに比べてエネルギー密度が2倍、シリコン複合アノードに比べて50％だと主張しています。

最新の「アノードレス」バッテリーは、現在お使いの携帯電話のエネルギー密度を2倍にすると主張しています。

SolidEnergyが公開している上記の画像は、サイズが大幅に縮小されていることを示していますが、少し誤解を招く可能性があります。 XiaomiとSamsungの両方のバッテリーは交換可能に設計されているため、追加のプラスチックシェルと充電回路や（一部のSamsungのバッテリーでは）NFCアンテナなどの追加の電子機器が必要になります。

ただし、BBCのニュースレポートでは、iPhoneの1.8 Ah内蔵バッテリーと2.0 Ah SolidEnergyバッテリーパックのサイズの大きな違いを確認できます。

すべてが意味するもの

サムスンのGalaxy S6やAppleのiPhone 6を含むいくつかのメーカーのフラッグシップ携帯電話が、より薄型のデザインに向かっているため、より高密度のバッテリーの必要性がさらに高まっています。より小さな領域に多くのバッテリー電力を詰め込むことは、より大きな「ファブレット」スタイルの携帯電話を数日間使用する可能性を開き、将来の電力を消費するプロセッサーにより多くのジュースを提供します。

私たちは、恐ろしい死んだスマートフォンのバッテリーを避けることがこれまで以上に簡単になる未来を考えています。

また、リチウム硫黄電池に関しては、ショートやパンクによる火災のリスクが減るため、デバイスの使用が安全になり、製造業者にとって輸送の危険性が低くなります（コストもかかります）。

これを近年の高速充電とワイヤレス充電の成長に向けた最近の進歩と組み合わせて、スマートフォンのバッテリー切れを回避することがこれまで以上に簡単になる未来を探しています。

それでは、これらの新しいテクノロジーが利用可能になるのはいつ頃になるのでしょうか？ SolidEnergyは2016年に「アノードレス」ソリューションが市場に出ると予測しており、この技術に関する最近の開発を考慮して、Li-Sバッテリーについても同様のスケジュールを検討しています。それは、彼らが来年に実際のモバイルデバイスで出荷すると言うことではありません-それにもかかわらず、私たち全員が待ち望んでいたバッテリー技術の革命は遠くないことはできません。

未来学の詳細：スマートフォン技術の未来について読む

参照資料

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