ジョージア工科大学、3D画像から固体電池の典型的な故障原因を特定

現在、携帯電話から電気自動車まで幅広く使用されているリチウムイオン電池は、充放電サイクル中に電池内の電極間でイオンを往復させるために液体電解液に頼っている。液体は均一に電極をコーティングし、イオンの自由な動きを可能にする。

ジョージア工科大学、3D画像から固体電池の典型的な故障原因を特定

現在、携帯電話から電気自動車まで幅広く使用されているリチウムイオン電池は、充放電サイクル中に電池内の電極間でイオンを往復させるために液体電解液に頼っている。液体は均一に電極をコーティングし、イオンの自由な動きを可能にする。

急速に進化する固体電池技術は、代わりに固体電解質を使用しており、将来の電池のエネルギー密度を高め、安全性を向上させるのに役立つと期待されている。しかし、電極からリチウムを除去すると、界面に空隙ができ、電池の動作時間を制限する信頼性の問題を引き起こす可能性がある。

これを克服するために、さまざまな成膜プロセスを通じて構造化された界面を作り、サイクルプロセスを通じて接触を維持しようとすることが想像できる。これらの界面構造を慎重に制御し、エンジニアリングすることは、将来の固体電池開発にとって非常に重要であり、ここで学んだことは、界面の設計に役立つ可能性がある。

共著者のジョージ・W・ウッドラフ機械工学部材料科学工学科のマシュー・マクダウェル助教授らは、オペランド軟X線発光分光により、リチウム / 固体電解質界面の電極材料の動的変化が固体電池の挙動を決定することが明らかになった、と主張している。研究チームは、電池の動作によって界面に空隙が形成され、それが接触の喪失を引き起こし、それが電池の故障の主な原因となっていることを発見した。

オペランド放射光X線CTを用いて、電池サイクル中のリチウム/固体電解質界面の変化を調べ、ボイド形成、相間成長、体積変化の複雑な相互作用がどのようにして電池の挙動を決定するかを明らかにした。リチウム剥離中のボイド形成は対称型セルで直接可視化され、リチウムと固体電解質(Li10SnP2S12)の間の界面で電流収縮を駆動する接触の損失が定量化され、セル故障の主な原因であることが判明した。間隙相は充電時に酸化還元活性であり、どちらの電極でも部分的なモル体積のミスマッチにより全体的な体積変化が起こるという。

ジョージア工科大学ニュースセンターによると、主著者で大学院生のジャック・ルイスが率いるジョージア工科大学の研究チームは、シカゴ近郊にある米国エネルギー省科学局の施設であるアルゴンヌ国立研究所の放射光施設「アドバンスト・フォトン・ソース」で研究するために、幅約2ミリの特殊なテストセルを製作した。チームの4人のメンバーは、5日間の集中実験の間に電池構造の変化を研究した。

この装置は、さまざまな方向から画像を撮影し、コンピュータアルゴリズムを使って再構成して、電池の3D画像を提供する。バッテリーの充放電中にこの画像を撮影して、バッテリーの動作中にバッテリー内部がどのように変化しているかを可視化した。

リチウムは非常に軽いため、X線を使ってリチウムをイメージングすることは難しく、試験用電池セルの特別な設計が必要。アルゴンヌ大学で使用されている技術は、医療用コンピュータ断層撮影(CT)スキャンに使用されている技術に似ている。人を撮影するのではなく、電池を撮影していた。

電気自動車用の電池パックは、15万マイルの寿命が予測される中で、少なくとも1000回のサイクルに耐えなければならない。リチウム金属電極を備えた固体電池は、特定のサイズの電池に対してより多くのエネルギーを提供することができますが、同等の寿命を提供できない限り、その利点は既存の技術を克服することはできない。

ジョージア工科大学ニュースセンターによると、マクダウェルは「私たちは、固体電池の技術的な展望に非常に期待している。この分野には商業的にも科学的にも大きな関心があり、今回の研究から得られた情報は、この技術を幅広い商業応用に向けて前進させるのに役立つはずだ」と述べた。

参考文献

John A. Lewis, et al., “Linking Void and Interphase Evolution to Electrochemistry in Solid-State Batteries Using Operando X-Ray Tomography.” (Nature Materials, 2021) https://doi.org/10.1038/s41563-020-00903-2.

Image via Georgia Tech Univ.

Read more

OpenAI、法人向け拡大を企図 日本支社開設を発表

OpenAI、法人向け拡大を企図 日本支社開設を発表

OpenAIは東京オフィスで、日本での採用、法人セールス、カスタマーサポートなどを順次開始する予定。日本企業向けに最適化されたGPT-4カスタムモデルの提供を見込む。日本での拠点設立は、政官の積極的な姿勢や法体系が寄与した可能性がある。OpenAIは法人顧客の獲得に注力しており、世界各地で大手企業向けにイベントを開催するなど営業活動を強化。

By 吉田拓史
アドビ、日本語バリアブルフォント「百千鳥」発表  往年のタイポグラフィー技法をデジタルで再現

アドビ、日本語バリアブルフォント「百千鳥」発表 往年のタイポグラフィー技法をデジタルで再現

アドビは4月10日、日本語のバリアブルフォント「百千鳥」を発表した。レトロ調の手書き風フォントで、太さ(ウェイト)の軸に加えて、字幅(ワイズ)の軸を組み込んだ初の日本語バリアブルフォント。近年のレトロブームを汲み、デザイン現場の様々な要望に応えることが期待されている。

By 吉田拓史
新たなスエズ危機に直面する米海軍[英エコノミスト]

新たなスエズ危機に直面する米海軍[英エコノミスト]

世界が繁栄するためには、船が港に到着しなければならない。マラッカ海峡やパナマ運河のような狭い航路を通過するとき、船舶は最も脆弱になる。そのため、スエズ運河への唯一の南側航路である紅海で最近急増している船舶への攻撃は、世界貿易にとって重大な脅威となっている。イランに支援されたイエメンの過激派フーシ派は、表向きはパレスチナ人を支援するために、35カ国以上につながる船舶に向けて100機以上の無人機やミサイルを発射した。彼らのキャンペーンは、黒海から南シナ海まですでに危険にさらされている航行の自由の原則に対する冒涜である。アメリカとその同盟国は、中東での紛争をエスカレートさせることなく、この問題にしっかりと対処しなければならない。 世界のコンテナ輸送量の20%、海上貿易の10%、海上ガスと石油の8~10%が紅海とスエズルートを通過している。数週間の騒乱の後、世界の5大コンテナ船会社のうち4社が紅海とスエズ航路の航海を停止し、BPは石油の出荷を一時停止した。十分な供給があるため、エネルギー価格への影響は軽微である。しかし、コンテナ会社の株価は、投資家が輸送能力の縮小を予想している

By エコノミスト(英国)