自己加熱リチウムイオン電池、-42℃でも15分急速充電可能、4500サイクル・12年寿命を実現

ペンシルベニア州立大学の研究者たちが、自己加熱機能を持つリチウムイオン電池を開発しました。外気温に関わらずリチウム析出フリーの急速充電を実現し、-42℃でも15分で充電完了。4,500回の急速充電サイクル（15分）で容量低下わずか20%、これは12年のバッテリー寿命または電気自動車28万マイル（約45万km）に相当します。

寒冷地での急速充電課題を解決

既存EVは極寒での急速充電がリチウム析出（充電時にアノード周りに金属リチウムが析出し、長期的に故障原因となる）リスクを高めるため不可能でした。従来電池は10℃以下で急速充電できず、氷点下では永久的容量低下と内部抵抗増大を招きます。ダイムラー、VW、フォード、BMWが欧州に400基の超急速充電ステーション建設を計画し、米国エネルギー省も400kW充電研究に1900万ドルを投じる中、この技術は大きなブレークスルーとなります。

仕組み：ニッケル箔による自己加熱

薄いニッケル箔の一端をセルの負極に、もう一端を外部に延ばし第3端子とします。温度センサー付きスイッチで20℃以下では電子をニッケル箔へ流し、抵抗発熱で電池内部温度を上昇。20℃以上になるとスイッチが開き、電流が電池へ流れて急速充電が始まります。全て電池内部で完結し、人手不要、既存充電ステーションの改修も不要です。

驚異的なサイクル寿命

プロトタイプテストでは、0℃で4,500回の15分急速充電後も容量低下20%のみ。従来電池なら凍結下でわずか50サイクルで20%低下します。これは金属リチウムが炭素アノードに効率よく挿入されず、表面に析出するためです。現在、10℃以下では緩やかな充電しか回避策がありませんでした。新手法は充電キネティクスと放電を切り離し、新材料・新化学なしで充電性能を向上。より高度な電池材料開発のプラットフォームにもなります。小型軽量電池採用、屋外ロボット、全天候スマホ、ドローン、高高度マイクロ衛星など応用範囲は広大です。

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