電気自動車の充電時間を「10分」に短縮できるリチウムイオン電池について、科学者らは賛否両論

水曜日にジュール誌に掲載された論文によると、わずか10分で電気自動車を充電するという夢は、そう遠くない将来に実現する可能性があるという。

「電気自動車が真に競争力を持つようになるには、ガソリンタンクの給油と同じくらいの速さで充電できる必要がある」と研究の要約には記されている。「米国エネルギー省は、10分で200マイル（約320km）の走行距離を延長できる超急速充電技術の開発を目標としている。」

さて、この論文を執筆した米国ペンシルベニア州立大学の研究者たちによれば、その目標は達成可能だという。彼らは、自己発熱機構によって急速充電が可能な新型リチウムイオン電池を開発し、その詳細を説明したという。

「電気自動車を10分で充電し、200～300マイル（約320～480km）走行できることを実証しました」と、ペンシルベニア州立大学で化学工学・材料科学・工学の教授を務め、本研究の筆頭著者でもあるチャオヤン・ワン氏は述べています。「さらに、2,500回の充電サイクル、つまり50万マイル（約80万km）の走行距離を維持することも可能です。」

課題

リチウムイオンバッテリーは、高温下で急速充電すると劣化することを理解することが重要です。常温下ではリチウムプレーティングが発生し、デバイスの容量が低下します。そのため、このゲームの目的は、デバイスを過度に高温にして劣化させたり、リチウムプレーティングによって容量を低下させたりすることなく、バッテリーを素早く充電することです。

メッキを防ぐため、科学者たちはリチウムイオン電池を60℃（140℉）に予熱し、充電のために室温まで冷却します。電池はニッケル箔を使って予熱されます。

簡単に言えば、完全な加熱・冷却サイクルは、あの厄介なリチウムメッキを抑制します。デバイスを比較的低い開始温度（通常の外気温）に冷却することで、充電プロセス中に過熱することがなくなり、劣化を防ぐことができます。

「このバッテリーを60℃という極端な温度まで加熱すると、材料に悪影響を与える可能性があり、バッテリー寿命が大幅に短くなる」と王氏は説明した。そのため、この技術を採用した電気自動車には、充電前に温まったバッテリーを冷却する冷却システムが必要になる。

研究者たちは、この研究のために、市販のハイブリッド電気自動車向けに設計されたグラファイトセルを用いて実験を行いました。彼らは、この大型バッテリーを10分で80%まで充電することに成功し、このプロセスを2,500回（約80万キロメートルの走行に相当）繰り返した後も、バッテリーは91.7%の充電容量を維持しました。研究チームは、このプロセスをさらに大型のバッテリーにスケールアップすることが可能だと考えています。

王氏は将来、さらに高速な5分充電を実現したいと考えている。「私たちは、エネルギー密度の高い電気自動車用バッテリーを損傷することなく5分で充電できるよう取り組んでいます」と、同氏はThe Register紙に語った。「そのためには、私たちが発明した自己発熱構造に加えて、非常に安定した電解質と活物質が必要になります。」

「この技術はシンプルですが洗練されているため、市場に導入されるまでに2～3年の車載テストが必要になると予想しています。」®