スマートフォンにも搭載されているリチウムイオン電池は、大部分の電気自動車に電力を供給しています。 リチウムは非常に反応性が高く、リチウムで作られたバッテリーは高電圧と並外れた充電を保持できるため、効率的で高密度のエネルギー貯蔵を実現します。 これらのバッテリーは、近い将来、EV の主流であり続けると予想されます。 コストの急落とパフォーマンスの向上のおかげです。
現在、電気自動車のバッテリーの重量は通常約 1,000 ポンドです。 製作費は約15,000円、およびするのに十分な力を持っています 典型的な家を数日間運営する. 充電容量は時間の経過とともに低下しますが、 10年から20年は持つべき.
各バッテリーは、通常はシリンダーやポーチのような形をした、ややどろどろしたリチウムイオン電気化学セルが数百個、場合によっては数千個、密集して詰め込まれた集合体です。 各セルは正のカソード (通常、ニッケル、マンガン、コバルトから作られた金属酸化物を含む) で構成されています。 負のグラファイトベースのアノード。 中央には電解質と呼ばれる液体溶液があります。
ここでリチウムの反応性が発揮されます。 その緩く保持された外側の電子は簡単に切り離され、リチウム イオンが残ります (原子はその外側の電子を失います)。 セルは基本的に、これらのイオンと電子を行ったり来たりすることによって機能します。
充電サイクル中、外部ソースを介して導入された電流は、カソード内のリチウム原子から電子を分離します。 電子は外部回路を通ってアノードに流れます。アノードは通常、グラファイトで構成されています。グラファイトは、エネルギーの貯蔵に優れた安価でエネルギー密度が高く、長持ちする材料です。一方、イオン化されたリチウム原子は電解質を通ってアノードに流れ、彼らの電子と再会します。 放電サイクル中、プロセスが逆になります。 アノード内のリチウム原子は、再び電子から分離されます。 イオンは電解質を通過します。 電子は外部回路を流れ、モーターに電力を供給します。
EV の拡大により、バッテリーの製造に必要な鉱物に対する旺盛な需要が生まれました。 リチウムを抽出する化合物である炭酸リチウムの価格は、 2010 年から 2020 年の間は比較的安定していたが、2020 年から 2022 年にかけて 10 倍近くに急増した、世界中で新しい投資に拍車をかけています。 米国だけでも、10 を超えるバッテリー工場と多数の潜在的な採掘プロジェクトが開発中です。
しかし、原材料の探求には、環境、政治、社会に多大なコストがかかります。
一般的な陰極成分であるコバルトの大部分は、悪名高いコンゴ民主共和国から来ています。 児童労働と強制労働. 米国の原材料供給の多くはオンになっています 部族の土地. リチウムの主要生産国であるチリは、 生産のコントロールを奪う 多国籍企業から。 一方、鉱業会社や起業家は、海底で鉱物を採掘する計画を立てていますが、これは脆弱で理解が不十分な生態系に損害を与える可能性があります (チリはそのような海洋採掘のモラトリアムを推進しています)。
バッテリー開発者は、レアメタルの使用を減らし、リサイクルを改善しようとしています。 新興企業や自動車メーカーも、材料の課題を排除して効率を高める次世代バッテリーの設計と製造を競っています。 たとえば、新世代のリチウムイオン電池では、すでにコバルトの使用が排除されています。 科学者たちは、はるかに安価で豊富な原材料から作られたナトリウム硫黄電池や、名前が示すように液体電解質を固体化合物に置き換える全固体電池もテストしました。 それらは、より軽量で、より安定した、より高速な充電の代替手段を提供する可能性があります.
予測によると、 EVは価格平価を達成する わずか数年で内燃エンジンをベースにした自動車が普及し、採用が加速しています。 そして専門家は、バッテリー製造における急速な拡大、統合、および実験を予測しています 国や企業が、このセクターの数十ほどの支配的なプレーヤーの間で地位を争う中、. バッテリーセルのカソードとアノードの間でイオンがたどる小さな旅は、今後 10 年間で最も重要な旅の 1 つになる可能性があります。