中国、リチウム電池の弱点を克服する解決策を発見

試験中のドローン。写真：大連化学物理研究所

Science Directによると、急速なグローバル化の進展によりエネルギー需要が大幅に増加し、新たなエネルギー源の探索が促進されています。リチウム電池は今日、ドローンから電気自動車まで、多くの産業で使用されているエネルギー貯蔵デバイスとして好まれています。

リチウム電池は大きな潜在能力を持つにもかかわらず、低温では深刻な弱点があります。低温環境で動作させると、容量、出力、サイクル寿命などの性能指標が大幅に低下します。

研究によると、気温が-40℃以下の環境ではバッテリー容量が12%低下する可能性がある。特に、中国領土の38%は年間を通して気温が-20℃を下回る可能性があり、これはリチウムバッテリーにとって多くの課題となる。

科技日報は3月16日、陳忠偉氏率いる大連化学物理研究所の研究チームが中国北東部の黒竜江省溥河市で極低温下で飛行するドローンに搭載されたリチウム電池の試験を行ったと報じた。

試験されたドローンは極低温下でも安定した性能を示し、過酷な環境下での空中作戦に新たな可能性をもたらしました。-36℃でも安定した性能を維持することで、バッテリーは途切れることのない電力供給を保証します。これにより、極地探査、国境警備、災害救助、物流といった重要な用途において、有望なソリューションとなります。

試験飛行中、ドローンは極寒の天候にもかかわらず安定を保ち、耐久性も期待通りでした。急速な離陸、高高度ホバリング、複雑なルートナビゲーションなど、一連の基準をクリアしました。さらに、バッテリーは極寒の環境下でも容量低下や予期せぬ電力損失がなく、安定した容量を維持しました。

大連化学物理研究所の研究チームは、極寒環境におけるリチウム電池の劣化を克服するため、電解質の配合を最適化し、負極材料を改良することでデバイスを改良し、電池の動作温度範囲を大幅に拡大しました。その結果、この新しい電池は-40℃から50℃の温度範囲で連続的に電力を供給できるようになりました。

さらに、研究者たちは、適応型熱管理と低温インピーダンス設計を用いることで、バッテリーの寒冷地動作範囲を改善しました。その結果、-40℃におけるバッテリーの耐久性低下は10%未満となり、現在の平均30～50%を大幅に上回りました。つまり、この新しいバッテリーは、ドローンが寒冷地や高高度地域において、頻繁な充電なしにミッションを遂行するのに役立つ可能性があるということです。

陳中偉氏は、研究チームは今後もバッテリー性能の向上と、過酷な環境でのこのデバイスの応用拡大を続けていくと付け加えた。