固体電池は寒さの影響を受けますか?

寒さが固体電池に与える影響そしてそれに対して何が行われているのか:

寒さが課題となる理由

1. イオン伝導率が低い

   • 固体電解質（セラミック、硫化物、ポリマー）は、剛性結晶またはポリマー構造を移動するリチウムイオンに依存しています。

   • 低温ではこのホッピングは遅くなるため、内部抵抗が増加する電力供給が低下します。

2. インターフェースの問題

   • 固体電池では、固体電解質と電極との接触が非常に重要です。

   • 低温では材料の収縮率が異なり、微小隙間界面で→イオンの流れが悪化する。

3. 充電の難しさ

   • 液体リチウムイオン電池と同様に、非常に低い温度で充電すると、リチウムメッキ（金属リチウムが陽極上に形成される）。

   • 固体の場合、デンドライト（針状のリチウム析出物）が固体電解質に亀裂を生じさせる可能性があるため、さらに大きな損害が発生する可能性があります。

通常のリチウムイオンと比較して

• 液体電解質リチウムイオン: 寒さにより液体が濃くなり（導電性が低下し）、範囲と充電速度が低下します。

• 固体リチウムイオン: 寒冷地でも安全（液体の凍結や漏れなし）ですが、それでも導電性は失われる固体は低温ではイオンをうまく輸送できないためです。

研究における現在の解決策

1. 硫化物電解質

   • 一部の硫化物系固体電解質は、0 °C 以下でも比較的高い導電性を維持します。

   • 寒冷地でのEV化に期待。

2. ポリマーセラミックハイブリッド

   • 柔軟なポリマーとセラミック粒子を組み合わせることで、安全性を維持しながら低温でのイオンの流れを改善します。

3. インターフェースエンジニアリング

   • 温度変化時に電極と電解質の接触を安定に保つためのコーティングまたはバッファ層が開発されています。

4. EVの予熱システム

   • 現在のEVが充電前に液体バッテリーを温めるのと同じように、将来の固体EVは熱管理細胞を理想的な範囲（15～35℃）に保ちます。

まとめ：
全固体電池は確かに寒冷の影響を受けますが、これは主にイオン伝導率と界面抵抗が低いためです。そのような条件下では、液体リチウムイオン電池よりも安全ですが、性能（航続距離、充電率、出力）は0℃以下では大幅に低下する可能性がある研究者たちは、冬の気候でもEVで確実に使用できることを目指して、寒冷地でも導電性を維持する電解質と設計に積極的に取り組んでいます。