「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、電解液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。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ことができます。
世界の硫黄ベース電池の市場規模は、2021年の5億1,740万米ドルから、2031年までに26億9,900万米ドルに達し、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– 放電時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。電解液は、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付加することにより、正または負のイオンを与え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、電力を供給されるデバイスを通して電流を流す電荷を生成します。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液– 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、バッテリー内部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。
電解液は、バッテリーの2つの電極間でイオン（電荷を帯びた粒子）をやり取りし、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、それが流れ込み、電解液に溶解して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、バッテリー内の追加のスペースが必要になり、バッテリーのストレージ容量が減少し、遮断を適切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、商業用および国の安全のためにリチウム硫黄電池を強化すること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技術的な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限界に対する解決策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、ポリスルフィド遮断によ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、費用対効果を備えており、電池に使用される硫黄は産業副産物です。
著者：Abhishek Saini
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