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「錬金術師」ムスクは、全固体電池の分野で0対1の躍進を遂げたところです。

テスラ最新の特許が公開されており、新材料による電池のサイクル寿命の向上について述べられています。

どれくらい改善されましたか？約10％。

あまりにも素晴らしくないですか？

しかし、テスラの新たな成果は、理論上のみ実現可能だった電池の正極材料を初めて現実のものにし、その後の全固体電池技術の発展に新たな扉を開いたということだ。

新しい材料の応用により、エネルギー分野が再び書き換えられる可能性があります。

テスラの新しいバッテリー素材の何がそんなに優れているのでしょうか?

まず実験結果を見てみましょう。

50 回の充放電サイクル中に、テスラの新しい正極材料で作られたバッテリーの総容量は約 94% に低下しました。

比較実験では、テスラの新しい配合を使用していないバッテリーの総容量は約 10% 減少しました。

絶対走行距離に基づいて計算すると、50回の充放電で約20,000kmの車の使用に相当します。

したがって、少なくとも60,000キロメートルから70,000キロメートル、さらには10万キロメートルも走行する一般的なファミリーカーの実際の状況に当てはめると、テスラの新しい正極材料によるバッテリー減衰の改善は実際には非常に限られています。言い換えれば、実際の量産化までにはまだ長い道のりがあるということです。

しかし、テスラの新しい特許の素晴らしい点は、バッテリー業界の長年の問題を打破したことです—マンガンを豊富に含む正極材料。

コツは、ソーダ灰をひとつまみ振りかけることです。

全固体電池が実用化されていますが、ソーダ灰は違いをもたらしますか?

電池に関しては、主な原理は酸化還元反応が閉ループで実現されるということです。

電池の放電プロセス中、電池の正極は、比較的正の電位を持ち、電解質中で安定した酸化剤で構成され、反応中に電子を取得します。これは、負極上の電子が電解液に到達することを意味します。電解液を介して正極に作用し、その過程で放出される正荷電イオンを減少させます。

充電はその逆の酸化反応です。

正極 - 電解液 - 負極、この基本構造はボルタが1799年に電池を発明して以来一度も変わっていません。

バッテリーに関連するあらゆるイノベーションは、これら 3 つの部分の「錬金術」です。

たとえば、現在人気のある全固体電池のコンセプトは、従来の電池の液体電解質を固体電解質に置き換えて、小型、大容量、高速充放電特性を実現するというものです。

しかし、電池性能の向上は電解液レベルだけでなく、正極材料と負極材料の革新も重要です。

たとえば、最も一般的な三元リチウムまたはリン酸鉄リチウム電池は、正極材料にちなんで命名されています。

一般的に、三元リチウム電池の正極はマンガン酸リチウムニッケルコバルト（Li(NiCoMn)O2）またはアルミン酸リチウムニッケルコバルトであり、負極は黒鉛材料であり、その利点は、高いエネルギー密度、速い充放電速度、および光減衰です。低温で。

しかし、欠点も明らかであり、コストが高くなります。主にコバルトこの元素はマンガンやニッケルよりも地球上にはるかに少ないです。

したがって、三元系リチウム電池のニッケル含有量を高くすることが現在追求されている方向である。しかし、世界のニッケル鉱山の静的な採掘期間はわずか約 35 年です。

リン酸鉄リチウム電池はコストの点で多くの利点がありますが、耐久性と耐劣化性は三元リチウムほど良くありません。

エネルギー密度とコストのバランスをとることができる正極材料はありますか?

現在、多くの試みが行われており、その 1 つは、マンガンを豊富に含む正極材料です。マンガン酸リチウム——リチウムマンガン酸化物は、1981 年に初めて人工的に合成された、三次元リチウム イオン チャネルを持つ正極材料です。

言うまでもなく、地球上のマンガンの埋蔵量はコバルトやニッケルよりもはるかに多いです。（10億トンと100万トンの違い）、コストの問題は解決されます。

さらに、マンガン酸リチウムは、高電位、環境に優しい、安全性能が高いという利点もあり、新世代のリチウムイオン電池の正極材料として、コバルト酸リチウムLiCoO2の最も有望な代替品として認識されています。

次世代の全固体電池技術では、マンガンを豊富に含む正極材料と複合リチウム金属負極の組み合わせが、大量生産の有望な手段となっています。

しかし、マンガン酸リチウムをはじめとするマンガンを多く含む正極材料には、電池容量が急速に低下し、電池寿命が著しく短くなるという致命的な欠陥があります。

このメカニズムには複数の要因が関係します。一方で、充放電プロセス中にマンガンイオンが電解液に溶解する傾向があり、材料中のマンガン含有量が減少し、それによって電圧減衰が発生します。

一方、カソード材料の構造的損傷も電圧減衰の重要な要因です。充電および放電プロセス中に、リチウムに富んだマンガンベースのカソード材料は体積変化を受け、結晶の歪みや破壊を引き起こし、それによって材料の構造が破壊され、さらに電圧減衰が発生します。

したがって、この方法はこれら 2 つの側面から開始することもできます。

テスラの新しい特許では、適切な量の遷移金属イオンをドーピングする方法を使用して、材料の質感と安定性を改善し、溶解と沈殿現象を軽減し、それによって電圧減衰を低減します。

一般に、亜鉛、鉄、ニッケルなどの金属イオンのドーピングは許容されます。しかし、「バッテリーのコストを下げる」という根本的な要求を考慮して、テスラはマグネシウムをドープすることを選択した。(フッ化マグネシウム)、ナトリウム（炭酸ナトリウム）。

フッ化マグネシウム一般の人にはあまり馴染みがないかもしれませんが、冶金、セラミックス、光学の分野で一般的に使用されています。しかし炭酸ナトリウム私たちはよく知っていますよね？重曹そうですね〜

もちろん、ここでの炭酸ナトリウムは工業グレードの製品であり、その純度は、あなたや私がキッチンにあるソーダ灰とは依然として大きく異なります。

テスラの新しい特許は、マンガンを豊富に含む正極材料を自動車に搭載するための小さな一歩にすぎませんが、その重要性を過小評価することはできません。

以前は「理論上」でしか利用できなかったバッテリーの正極材料を現実のものにします。

現在の液体電池に使用されているため、コストを大幅に削減し、性能を向上させることができます。

しかし、より重要なのは、将来の全固体電池の応用です。正極に関しては、低コストで高性能のマンガンを豊富に含む材料が自然にニーズを満たすことができます。現在、テスラは同様の低コストのソリューションを提供しています。バッテリー寿命プラン。

電気自動車の走行距離、コスト、性能という一見不可能に見える三角形を打ち破る重要な突破口は、私たちのキッチンにひっそりと眠っています。

学者マスク氏には新しい肩書が与えられました。錬金術師。

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