人工知能が消耗したバッテリーを復活させる「万能薬」を発見

中国の研究者グループが、使い古したリチウムイオン電池を「復活」させることができる新しい方法を発表した。これにより、電気自動車から出る電子廃棄物の量と新しい電池を生産する必要性を大幅に削減できる可能性が開けた。

「この研究は、寿命を迎えたバッテリーの再利用に関する新しいアイデアを提供するという点で革命的だ」と上海同済大学の江宮朱教授は述べた。同教授は電気自動車用バッテリーを専門としており、最近ネイチャー誌に掲載されたこの新しい研究には関与していない。

国連開発計画（UNDP）によると、廃棄が必要な使用済みリチウムイオン電池の量は、今年の90万トンから2040年までに2050万トンに急増する可能性がある。中国電子省エネ技術協会の黄建中会長によると、電気自動車の普及で世界をリードする中国は、現在、毎年約280万トンの廃棄電池を処理しているという。

急速に増加する消費市場と廃棄物の可能性に直面して、復旦大学の化学者、岳高氏とその同僚は、バッテリー、特に電気自動車用バッテリーの廃棄に対する需要が非常に高まると予測した。

通常、電気自動車のバッテリーは、使用開始から8～10年で使用限界に達し、容量が当初の80%を下回ります。バッテリーのコストは、車両総コストの約40%を占めます。

高氏のチームは、使い果たしたバッテリーにリチウムイオンを「戻す」ことができる分子を見つけたいと考えていました。「どんな分子がそれを実現できるのか、またその化学構造がどのようなものなのか、全く分かりませんでした。そこで、人工知能（AI）の力を借りることにしました」と、高氏のチームの一員である復旦大学の博士課程学生、趙志豪氏は語ります。

研究チームは、化学法則を学習させたAIモデルと電気化学反応のデータベースを組み合わせ、電解液に溶解しやすく、製造コストが低いという基準を満たす分子を探索しました。その結果、AIは3つの候補を提示し、そのうちリチウムトリフルオロメタンスルフィン酸塩（LiSO₂CF₃）が最適であると特定されました。

研究者たちは、このリチウムイオン塩を電解質溶液（バッテリーの電極間でイオンを移動させる媒体）に溶かして試験しました。ガオ氏はこの方法を患者への点滴に例えました。「病人の回復を助ける薬を注射できるなら、同じ『万能薬』を消耗したバッテリーに投与できないでしょうか？」

結果は、この化合物が電気自動車で広く使用されているリン酸鉄リチウム（LFP）電池の寿命を大幅に延ばす可能性があることを示しました。典型的なLFP電池は、約2,000回の充放電で「寿命」と判断されます。

しかし、バッテリーがこの閾値に達しそうになった時点で電解液を補充することで、研究チームはバッテリー容量の大部分を回復させ、ほぼ新品同様の機能を発揮させることができました。実験終了時には、約12,000回の充放電サイクルを経て、バッテリー容量は96%まで回復していました。

さらにテストを行ったところ、この方法は NMC (ニッケル、マンガン、コバルト) リチウムイオン電池でも機能することが示されました。

復旦大学は現在、中国のバッテリー材料メーカーである浙江永泰と共同で、この技術の商業化に取り組んでいます。高氏は、この協力関係が「バッテリーブーストステーション」システムの実現につながると構想しており、電気自動車のオーナーは古いバッテリーを持ち込んで再生することができます。

リバプールの西安交通大学の劉晨光教授は、このアイデアは「有望」だと述べた。しかし、この新しい方法には、異なるバッテリーの化学的性質との互換性の確保や、さらに重要な点として、再生されたバッテリーの安全性試験など、依然としていくつかの課題があると指摘した。

さらに、電気自動車の電源は単一のバッテリーではなく、数百、あるいは数千個のバッテリーと熱制御システムなどの複雑なコンポーネントを組み合わせたシステムです。「現在は単一のバッテリーのみを試験しているため、バッテリーパック全体に適用する方法を見つける必要があります」と高氏は述べました。

ロンドンに拠点を置くコンサルタント会社サーキュラー・エナジー・ストレージのマネージングディレクター、ハンス・エリック・メリン氏によると、ガオ氏の方法は中国における電気自動車用バッテリーの「直接リサイクル」に最も近いアプローチの一つだという。

メリン氏は、このアプローチは商業化の可能性を秘めているが、電気自動車のバッテリーの寿命が最大15年であることを考えると、市場規模は大きくないかもしれないと述べている。また、電気自動車のバッテリーパックは、電解液注入を可能にするために再設計する必要があると指摘している。

「問題は、バッテリーの全体的な性能に影響を与える可能性のある設計変更を正当化するほどのメリットがあるかどうかだ」と彼は述べた。

（ベトナム+）