米軍が突然新しいエネルギー貯蔵システムに夢中になる

May 03, 2023

米陸軍は、現場での圧力に耐える高出力の不燃性エネルギー貯蔵システム用の新しい液化ガス電解質に強い関心を持っています。

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装備を整えた 21 世紀の米陸軍兵士は、通常の任務では約 25 ポンドのバッテリーを積んでいるため、陸軍がエネルギー貯蔵資源の改善に常に執着しているのも不思議ではありません。 最新の展開では、陸軍はリチウムイオン電池にもう一度チャンスを与えているが、今回は新しい液化ガス電解質を使用するだけだ。

従来のリチウムイオン電池には、リチウム塩が溶媒に溶解された液体電解質が使用されています。 溶剤が存在していても、通常は心配のない環境です。 ただし、バッテリーに欠陥があったり、穴が開いたりすると、火災の危険が生じる可能性があります。

リチウムイオン電池は現代の生活のいたるところにあり、ほとんどの人にとって、ほとんどの状況で穴が開くことは心配ありません。 しかし、これは兵士とその装備にとって特に危険であり、野外任務中に発生する可能性のある圧壊やその他の潜在的な衝撃も伴うため、陸軍が次世代のより優れた、より安全なリチウムイオン電池の特定に熱心である理由が説明されています。

米国国防総省は数年前、イリノイ州の新興企業NanoGraf社の軽量化と性能向上を目的とした新しいシリコン負極配合の開発を支援し、リチウムイオンエネルギー貯蔵の将来に向けて大きな一歩を踏み出した。リチウムイオン電池のこと。

その後、NanoGraf がシリコン配合の工場をシカゴで稼働させるのを支援するために、陸軍から 1,000 万ドルの賞金が与えられました。 現在陸軍は、NanoGraf の 3.8 Ah 18650 シリコン アノード バッテリー セルとカリフォルニアの企業 South 8 Technologies が開発した液化ガス電解質を接続するために、さらに 55 万ドルの資金を調達しています。

6 か月にわたるプロジェクトでは、新しいバッテリーの一連の温度テストと釘刺しテストが行​​われます。

「テストが正常に完了すると、セルの極低温性能が検証され、既存の容量とサイクル寿命が維持され、セルはマイナス60度、最大+60度で動作し、安全性テストに合格することが可能になります」とNanoGraf氏は説明する。 。

陸軍エネルギー貯蔵プロジェクトは、電気自動車のバッテリー性能の限界を超える広範なプログラムの一環として、エネルギー省の最先端の資金調達局であるARPA-EからSouth 8に315万2,000ドルの助成金を獲得したことに続くものである。 「LiGas電解質は、中程度の圧力下で液化する無毒で非腐食性のガスを使用しており、標準的な円筒形電池缶に入れることができます」とARPA-Eは説明する。

「この技術は、従来のグラファイト/リチウム-ニッケル-マンガン-コバルト-酸化物電池で優れた性能を実証しており、コスト削減の多くの機会を提供します」とARPE-Eは付け加えた。

ARPA-E は 1 月にこの賞を受賞しており、South 8 は今後 3 年間にわたり一流の EV 関係者と協力して液化ガスエネルギーを主流に導入する計画です。

どうやら陸軍は草が生えるのを待っていないようですが、それには十分な理由があります。 すべてが計画通りに進めば、NanoGraf と South 8 のマッシュアップは、ミッションにおけるパフォーマンスと兵士の安全性の大幅な向上をもたらすでしょう。

「液化ガス電解質は、安全性を向上させ、エネルギー密度を高め、全天候型性能を実現し、急速充電機能を実現し、コストを削減すると同時に、既存のリチウムイオン電池の生産やギガファクトリーの製造プロセスやサプライチェーンとも互換性がある」とSouth 8は力説している。 「LiGas® は、無害な液化ガスを安全に排出できるため、熱暴走のリスクを排除し、リチウムイオン電池をより安全にします。」

液化ガス電解質は CleanTechnica レーダーにとって新しいものであるため、追いつく必要があります。

この分野における重要な開発の 1 つが、2017 年にカリフォルニア大学サンディエゴ・ジェイコブス工学部のシャーリー・メンの研究室から飛び出しました。 South 8 の公式アドバイザーも務める孟氏は、2017 年 6 月 15 日に「電気化学エネルギー貯蔵装置用の液化ガス電解質」というタイトルでサイエンス誌に掲載された液化ガス電解質の研究の上級著者として認められています。 」

著者らは、エネルギー貯蔵デバイスのアノードとカソードは短絡を防ぐために分離されており、それは液体電解質と固体電解質の両方に当てはまると説明しています。 彼らは、以前の研究に基づいて、圧力下で液化されたフッ素化炭化水素ガスでも同様の分離が起こり得ることを実証しました。 「多くの潜在的な溶媒が検討されましたが、今回の研究は、毒性がなく、比較的強い化学結合を持ち、広い電気化学的範囲を可能にするハイドロフルオロカーボンの使用に焦点を当てています。」と彼らは述べています。

「電解液はバッテリーとコンデンサーの両方において、特に低温において優れた安定性を示します」と彼らは結論づけています。

昨年の夏、孟研究室を拠点とするチームは、新しい研究をネイチャー・エナジー誌に発表し、その中で「現状を維持する消火特性を備えた、持続可能で温度耐性のあるリチウム金属電池への道筋」を概説した。芸術的な電気化学的パフォーマンス。」

すべての詳細は、Nature Energy から「温度耐性のあるリチウム金属電池用の消火性、リサイクル可能な液化ガス電解質」というタイトルで入手できます。 ジェイコブス・スクールのブログでは、この研究の筆頭著者として共同でクレジットされている博士課程の学生、イージエ・イン氏ともう一人の大学院生、ヤンユチェン・ヤン氏との議論から、この新しい研究がどのようにして生まれたのかについて、興味深い背景も紹介されている。

議論は、2017年の研究で生じた電解質の重大な欠乏を中心に行われた。 「…LGE 電解質はまだ『完璧』ではありません。使用されている分子の飽和蒸気圧が高く、ほとんどの電解質と同様に依然として可燃性であるため、システムの安全性と環境保護は非合理的です。」と Jacobs ブログは述べています。ポスターの説明。

不燃性の解決策を模索する中で、研究者らは、一部のタイプの消火器の主成分である 2 つのガス分子、1,1,1,2 テトラフルオロエタンとペンタフルオロエタンに落ち着きました。 ‍

一方、新しいポータブルバッテリーは、陸軍による将来のエネルギー貯蔵ソリューションの探求の一側面にすぎません。 陸軍はまた、施設のエネルギー安全を確保するために、新しい形式の大規模で長期間のエネルギー貯蔵システムにも投資している。 これにはフロー電池も含まれます。

電気自動車とEVバッテリーは、米軍と国防総省のもう一つの注目の的です。 彼らは、新興企業だけでなく、GMのようなEVの野心を抱く従来の自動車メーカーも含め、幅広い網を投じている。

立候補している企業の中には、奇妙に見えるひし形だが多用途の電動プラットフォームを製造するCanooと、EVバッテリー用の標準的な交換可能なプラットフォームの確立を目的とした国防総省のイニシアチブに署名したと伝えられているLucid Motorsがある。

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写真（トリミング）：米陸軍は、任務中の兵士の電子機器に電力を供給するための改良されたポータブルエネルギー貯蔵システムを模索している（米陸軍提供）。

ティナは、軍事および企業の持続可能性、先端技術、新興材料、バイオ燃料、水および廃水問題を専門としています。 表明された見解は彼女自身のものです。 Twitter @TinaMCasey と Spoutible で彼女をフォローしてください。

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