中国、リチウム電池の弱点を克服する解決策を発見

試験中のドローン。写真：大連化学物理研究所

Science Directによると、急速なグローバル化の進展によりエネルギー需要が大幅に増加し、新たなエネルギー源の探索が促進されています。リチウム電池は現在、ドローンから電気自動車まで、多くの産業で使用されているエネルギー貯蔵デバイスとして最も好まれています。

リチウム電池は大きな潜在能力を持つにもかかわらず、低温において深刻な弱点を抱えています。低温環境で動作させると、容量、出力、サイクル寿命といったリチウム電池の性能指標が大幅に低下します。

研究によると、気温が-40℃以下の環境では、バッテリー容量が12%低下する可能性があります。特に、中国領土の38%は年間を通して気温が-20℃を下回る可能性があり、これはリチウムバッテリーにとって多くの課題となります。

科技日報は3月16日、陳忠偉氏率いる大連化学物理研究所の研究チームが中国東北部黒竜江省溥河市で極寒の中を飛行するドローンに搭載したリチウム電池のテストを行ったと報じた。

試験されたドローンは極低温下でも安定した性能を示し、過酷な空中作戦の新たな可能性を切り開きました。-36℃でも安定した性能を維持することで、バッテリーは途切れることのない電力供給を確保し、極地探検、国境警備、災害救助、物流といった重要な用途に有望なソリューションとなります。

試験飛行中、ドローンは極寒の天候にもかかわらず安定を保ち、耐久性も期待通りでした。急速起動、高高度ホバリング、複雑なルートナビゲーションなど、一連の基準をクリアしました。さらに、バッテリーは極寒環境下でも容量低下や予期せぬ電力損失がなく、安定した容量を維持しました。

大連化学物理研究所の研究チームは、極寒環境におけるリチウム電池の劣化を克服するため、電解質の配合を最適化し、負極材料を改良することでデバイスを改良し、電池の動作温度範囲を大幅に拡大しました。その結果、この新しい電池は-40℃から50℃の温度範囲で連続的に電力を供給できるようになりました。

さらに、研究者たちは、適応型熱管理と低温インピーダンス設計を用いることで、バッテリーの寒冷地動作範囲を改善しました。その結果、-40℃におけるバッテリーの耐久性低下は10%未満となり、現在の平均30～50%を大幅に上回りました。この新しいバッテリーは、ドローンが寒冷地や高高度地域において、頻繁な充電なしにミッションを完了するのに役立つ可能性があります。

陳中偉氏は、研究チームはバッテリー性能の向上を継続し、過酷な環境でのこのデバイスの応用を拡大していくと付け加えた。