「有望な未来を拓く：リチウム硫黄電池の進歩と可能性を探る」

現在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広く利用され、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試験することで、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あるためです。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。

世界の硫黄ベースの電池市場規模は、2021年の5億1,740万米ドルから2031年までに年平均成長率17.69%で成長し、26億9,900万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– 放電時に電子を放出する電極は負極、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、およびその逆に運びます。リチウムイオンの移動により、負極に自由電子が生成され、電気が流れ、電力供給されているデバイスを流れる電荷が生成されます。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、電池の2つの電極間でイオン（電荷を運ぶ粒子）をやり取りし、電池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、それが流れ出して電解質に溶解し、腐食を引き起こします。研究者がポリスルフィドシャトル効果と呼ぶこの現象は、電池の寿命を短縮します。

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、最終的には電池内の追加のスペースを占有し、電池の蓄電容量を削減し、遮断を適切に削減できませんでした。その後、研究者たちは、レドックス不活性（すなわち、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電池は、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。

硫黄ベースの電池市場における最近の動向

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、三重県の津LNGステーションに導入されます。

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、商業および国家の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技術的な進歩を遂げつつあります。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電池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工業製品の副産物です。

著者：Abhishek Saini

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