リチウム硫黄電池とリチウムイオン電池の比較：比較分析

はじめに

電気自動車（EV）は大きな変革の瀬戸際にあり、その中心にあるのがリチウム硫黄（Li-S）バッテリーである。この革新的な電源は、従来のリチウムイオン（Li-ion）電池とは異なるさまざまな利点を提供することで、EVの未来を再定義しようとしている。この記事では、Li-S EVバッテリーがリチウムイオンバッテリーに対して持つ説得力のある利点を掘り下げ、よりクリーンで持続可能な交通手段へと私たちを導きます。

リチウムイオン（Li-ion）電池を理解する

リチウムイオン・バッテリー（Li-ion Battery）は、さまざまな携帯電子機器の標準的な電源です。これらの電池は、正極（カソード）と負極（アノード）の電極間のリチウムイオンの移動に基づいて動作します。放電中、リチウムイオンは負極から正極に移動し、電気エネルギーを発生する。高エネルギー密度、サイクル寿命の延長、比較的軽量な構成など、リチウムイオン電池の優れた特性により、リチウムイオン電池は電気自動車（EV）用電池の主要な選択肢として浮上している[1]。

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図1.リチウムイオン（Li-ion）電池

リチウム硫黄（Li-S）電池の理解

しかし、リチウム硫黄（Li-S）電池は、従来のリチウムイオン（Li-ion）電池に代わる有望な電池として登場し、EVで一般的に使用されている。Li-S電池は、Liイオン電池とは異なる電気化学反応を利用する。すなわち、硫黄が正極となり、リチウム金属またはリチウムイオンが負極となる。Li-S電池は、Li-ion電池に比べてエネルギー密度が高く、軽量で、製造コストを削減できるため、電気自動車やその他の用途に魅力的である。

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図2.リチウム硫黄（Li-S）電池

リチウム硫黄電池とリチウムイオン電池の比較

続けて、Li-S電池とLiイオン電池のそれぞれの長所と短所、電気自動車の将来を左右する可能性を挙げてみよう。

1.前例のないエネルギー密度：

Li-S電池はLi-ion電池を凌ぐ理論エネルギー密度を誇る。つまり、Li-S電気自動車は、同じ体積または重量の制約の中でより多くのエネルギーを蓄えることができる可能性があり、その結果、航続距離が大幅に長くなります。

2.軽量効率：

Li-S電池の主要成分である硫黄は、豊富であるだけでなく軽量である。この軽量性は、車両全体の軽量化につながり、エネルギー効率を高めます。Li-S電池はEVの軽量化に貢献し、その結果、移動に必要なエネルギーが少なくなり、効率の向上と電池寿命の延長につながる。

3.急速充電機能：

Li-S電池の特長のひとつは、急速充電が可能なことです。高い導電性により充電時間が短縮されるため、ピットストップでの充電が従来の化石燃料の給油と同じような感覚で行える。急速充電の利便性は、EVドライバーの主な懸念事項のひとつである航続距離への不安に対処するものである。

4.コスト削減：

硫黄は安価な材料であるため、コバルトのような高価でサプライチェーンの問題を抱える材料を使用するリチウムイオン電池に比べて、Li-S電池の製造コストを削減できる可能性がある。

5.環境への配慮：

Li-S電池はLi-ion電池よりも環境に優しい可能性がある。硫黄は豊富で費用対効果の高い材料であり、その抽出と加工は、リチウムイオン電池に使用されるコバルトのような材料に比べて資源集約的ではありません。さらに、Li-S電池の構成が単純化されることで、リサイクルが容易になり、環境フットプリントが削減される可能性がある。

6.サイクル寿命：

とはいえ、リチウムイオン電池はリチウムS電池に比べてサイクル寿命が長い傾向にある。Li-S電池は、主に充放電サイクル中に電解液中の硫黄が溶解するため、歴史的に寿命の短さに悩まされてきた。研究者たちは、Li-S電池のサイクル寿命の改善に積極的に取り組んでいる。

7.安全性：

リチウムイオン電池は、EV用途において安全性の実績がある。一方、Li-S電池は、不安定な硫化リチウムの生成に関する問題など、安全性に関する課題に直面している。Li-S電池の安全性を確保することは、研究開発の重要な焦点である。

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結論

まとめると、リチウム硫黄（Li-S）EVバッテリーの利点は、電気自動車の世界に革命を起こす準備が整っている。卓越したエネルギー密度、軽量効率、コスト削減、急速充電機能、環境への配慮により、従来のリチウムイオン電池に代わる魅力的な選択肢を提供する。この分野の研究開発が進むにつれ、Li-S電池は、より環境に優しく持続可能な電気モビリティの未来への道を切り開き、先陣を切っています。

スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）は、リチウムイオンバッテリーや各種先端バッテリーを含む様々な製品のリーディングサプライヤーです。ご興味のある方はお問い合わせください。

参考文献

[1] An Overview on Thermal Safety Issues of Lithium-ion Batteries for Electric Vehicle Application - Scientific Figure on ResearchGate.Available from: https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-the-Lithium-ion-battery_fig2_324929541 [accessed 7 Sep 2023].

[2] リチウム硫黄電池.(2023年8月20日）。ウィキペディアで https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium%E2%80%93sulfur_battery