CUHKの新しい電解質技術がリチウムイオンバッテリーの安全問題を解決

可充電バッテリーが搭載されたポータブル電子機器から電動自転車や新エネルギー車両の電源まで、リチウムイオンバッテリーの火災や燃焼による安全事故は、世界的な関心の焦点となっています。22日のCNNの報告によると、香港中文大学（CUHK）の研究チームが開発した新技術は、リチウムイオンバッテリーの爆発や火災のリスクを大幅に低減できるものであり、この技術は今後3〜5年以内に商業的に応用されることが期待されています。

報告は、リチウムイオン電池がスマートフォンから新エネルギー車両までのさまざまなデバイスで広く使用されていることを指摘しています。研究者たちは、リチウムイオン電池は通常の使用シナリオにおいて良好な安全性を持っているが、不適切な使用は火災の危険を引き起こし、極端な場合には致命的な結果を招く可能性があると述べています。その理由は、リチウムイオン電池内部に充填されている電解液が可燃性であるためです。物理的な穿刺、過充電、極端な温度や湿度条件、または製造プロセスの欠陥にさらされると、電池は徐々に安定性を失います。一旦異常が発生すると、電池の温度は急速に上昇し、電解液に点火し、「熱暴走」として知られる危険な連鎖反応を引き起こします。関連する統計データによると、2024年だけで、世界の民間航空輸送部門で89件の電池関連の煙、火災または高温異常事件が記録されました。日常生活においても、電動自転車や電動スクーターなどのデバイスの電池火災事故は珍しくありません。

この安全性の痛点に対処するために、世界の科学研究コミュニティは、従来の液体電解質を置き換えるために高温耐性の固体またはゲル電解質を開発するなど、技術研究を積極的に行ってきました。しかし、そのような解決策は既存のバッテリー生産ラインに大規模な改修を必要とし、産業化の閾値を大幅に引き上げ、技術の普及速度を制限します。それに対して、CUHKチームが提案した新しいリチウムイオンバッテリーの最適化スキームは、製造プロセスのコアリンクを変更することなく、既存の電解質の化学成分を置き換えるだけで済みます。

研究チームの研究者たちは、リチウムイオン電池の火災の主な原因は、高圧下での電解液の分解であり、それが大量の熱を放出し、連鎖反応を引き起こすことだと説明しました。新たに開発された電解液は、バイナリ溶媒システムを採用しており、この危険な反応プロセスを正確にブロックすることができます。常温条件下では、最初の溶媒が電池の内部化学構造の密度を維持し、電池の正常な性能出力を確保します。電池の温度が異常に上昇すると、二番目の溶媒が迅速に保護メカニズムを活性化し、化学構造を緩め、熱暴走に関連する反応を遅らせることで、火災リスクを根本から防ぎます。

CNNは、この新技術を採用したリチウムイオンバッテリーが釘で穿刺された後、温度がわずか3.5度上昇したという実験データを引用しました。一方、従来のリチウムイオンバッテリーは同じテスト条件下で温度が555度に達しました。研究者たちは、この技術的な方案がバッテリーの核心性能や寿命に悪影響を及ぼさないことを強調しました。テストの結果、1000回の充放電サイクル後でも、バッテリーの容量は初期値の80%以上を維持できることが示されており、商業用途の要件を十分に満たしています。

この技術は電解質成分の置き換えのみを含み、既存の生産ラインを変更する必要がないため、迅速な産業化の基本条件を備えていることに注意する価値があります。大規模生産後、この技術を採用したリチウムイオン電池のコストは、現在の主流製品と基本的に同じになると推定されています。現在、関連技術は商業化の進展段階に入っています。アメリカ国立再生可能エネルギー研究所の上級科学者ドナルド・フィネガンは次のようにコメントしました。「この技術的ブレークスルーは興奮をもたらし、将来のリチウムイオン電池は高温や短絡といった過酷な作業条件に耐えることができ、根本的に火災リスクを回避できることを意味します。」