“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”
市販されている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。
リチウムイオン電池技術は幅広く使用され、改良されているにもかかわらず、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。電池の構造に新しい材料をテストすることで、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つは硫黄であり、自然界に非常に豊富に存在し、石油産業の副産物です。また、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バッテリーよりも多くのエネルギーを保持できます。
世界の硫黄ベースのバッテリー市場規模は、2021年の5億1740万米ドルから、2031年までに26億9900万米ドルに達し、CAGR 17.69%で成長すると予想されています。
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バッテリーの構成要素–
電極– 放電中に電子を放出する電極はアノード（負極）であり、電子を吸収する電極はカソード（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（つまり、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与えるために生成される帯電した粒子です）を、セパレーターを介してアノードからカソードへ、およびその逆方向に運びます。リチウムイオンの移動により、アノードに自由電子が生成され、電力を供給されるデバイスを介して電流を流す電荷が生成されます。電極は、バッテリー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つがバッテリー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、バッテリー内の電子の流れを遮断し、イオンのみがそれらを通過できるようにします。
電解質は、バッテリーの2つの電極間でイオン（電荷を運ぶ粒子）を前後に移動させ、バッテリーを充電および放電させます。
リチウム硫黄電池の実用化における課題
Li-Sバッテリーを充電すると、材料（ポリスルフィド）が蓄積され、電解質に流れ込んで溶解し、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、バッテリー寿命を短縮します。
ポリスルフィドの遮断を防ぐために、科学者たちは当初、電極の間にレドックス不活性中間層を配置しようとしました。ただし、最終的にはバッテリー内の追加のスペースを取り、バッテリーのストレージ容量を削減し、遮断を十分に削減できませんでした。その後、研究者らは、レドックス不活性（つまり、電極の場合と同様の反応を受けない）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。その結果、容量が3倍に増加し、活性中間層を備えたバッテリーは、700回の充放電サイクルにわたって高い容量を維持しました。
硫黄ベースのバッテリー市場における最近の開発
2022年9月：NGK Insulators, Ltd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、日本の三重県にある津LNGステーションに展開されます。
2022年1月：Lyten Inc.と米国国防総省が合意に署名しました。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バッテリーは、従来のリチウムイオンバッテリー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、ポリスルフィドの遮断によって引き起こされ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バッテリーは、高密度エネルギー、強化された安全性、費用対効果を備えており、バッテリーで使用される硫黄は産業の副産物です。
著者：アビシェク・サイニ
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