「有望な未来を切り開く：リチウム硫黄電池の進歩と可能性を探る」
市販のリチウムイオン電池は、主に正極、負極セパレーター、電解質で構成されています。リチウムイオン電池は、スマートフォン、電動工具、EVに搭載されています。液体電解液を使用しています。
その広範な使用と改善にもかかわらずリチウムイオン電池技術には、過熱や原材料のサプライチェーンの問題など、よく知られた欠点もあります。電池の構造における新素材のテストを通じて、これらの問題に関する研究が進行中です。そのような材料の1つが硫黄であり、自然界に非常に豊富に存在し、石油産業の副産物です。この材料は費用対効果が高く、従来のリチウムイオンベースの電池よりも多くのエネルギーを保持する能力があります。
世界の硫黄系電池市場規模は、2021年の5億1740万米ドルから、年平均成長率（CAGR）17.69%で成長し、2031年までに26億9900万米ドルに達すると予測されています。
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電池の構成要素–
電極– 放電中に電子を放出する電極は負極です。電子を吸収する電極は正極です。これらはリチウムを蓄えます。電解質は、正に帯電したリチウムイオン（すなわち、イオンとは、中性原子から電子を除去または追加することによって正または負のイオンを生成するために生成された電気的に帯電した粒子）を、セパレーターを介して負極から正極へ、およびその逆方向に運びます。リチウムイオンの移動は、負極に自由電子を生成し、電力供給されているデバイスを介して電流を流す電荷を生成します。電極は、電池の基本的な性能を担っています。
セパレーターと電解質– これら2つは、電池の安全性を決定します。セパレーターは、正極と負極の間の物理的な障壁として機能し、それらの間の電子の直接的な流れを防ぎ、電池内部の電子の流れを遮断し、イオンのみを通過させます。
電解質は、電池の2つの電極間でイオン（電荷を運ぶ粒子）を行き来させ、電池の充電と放電を引き起こします。
リチウム硫黄電池の実用化における課題
Li-S電池を充電すると、材料（ポリスルフィド）が蓄積され、それが流れ出て電解質に溶解し、腐食を引き起こします。研究者によってポリスルフィドシャトル効果と呼ばれ、バッテリーの寿命を縮めます。
ポリスルフィドシャットリングを防ぐために、科学者は最初に電極間にレドックス不活性中間層を配置しようとしました。しかし、バッテリー内の追加のスペースを占有することになり、バッテリーのストレージ容量が減少し、シャットリングを十分に減らすことができませんでした。その後、研究者はレドックス不活性とは対照的に、多孔質の硫黄含有活性中間層を開発しました（つまり、電極のような同様の反応を受けません）。結果は、容量が3倍に増加し、活性中間層を備えたバッテリーが700回の充放電サイクルにわたって高い容量を維持したことを示しました。
硫黄系電池市場における最近の動向
2022年9月：日本ガイシ株式会社は、11.4 MW/69.6 MWhのナトリウム硫黄システムの契約を獲得しました。このシステムは、三重県にある津LNG基地に導入されます。
2022年1月：Lyten Inc.と米国国防総省が合意書に署名しました。この合意は、商業および国家安全保障用途向けのリチウム硫黄電池の強化を目的としています。
リチウム硫黄の利点-
結論
リチウムイオン電池は、その技術的進歩に達しつつあります。Li-S電池は、従来のリチウムイオン電池の制限に対するソリューションとして登場しました。研究者たちは、硫化物固体電解質（SSE）を採用することにより、ポリスルフィドシャットリングに起因するバッテリー寿命の短さという現在の課題を解決しようとしています。Li-S電池は、高密度エネルギー、強化された安全性、費用対効果が高く、バッテリーで使用される硫黄は産業副産物です。
著者：Abhishek Saini
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