ソルトパワー: リチウム

ゴールドシュミット会議2023年7月13日

研究者たちは、高品質の電池に使用するリチウムとナトリウムを混合する方法を開発することにより、電池技術を進歩させています。 2つの要素を組み合わせることで、コストを削減し、サプライチェーンを確保し、リチウムイオン電池での使用により需要が高まっているリチウムの希少性の高まりに対処することを目指している。

アリゾナ州立大学の研究者は、リチウムとナトリウムの混合という、電池技術の革新をもたらす可能性のある技術に取り組んでいます。 彼らの目的はコスト削減とサプライチェーンの安定化で、暫定結果では熱力学的に安定した10%のナトリウム・リチウム混合物が示されており、20%に達すると予想されている。

リチウムは新しい金となりつつあり、電気自動車、コンピューター、携帯機器のリチウムイオン電池での使用が急増し、価格が高騰し、比較的希少な金属の供給に影響を及ぼしている。 科学者たちは、コストを削減し、供給を保証するために、リチウムの一部をナトリウムで置き換える方法の開発を進めようとしている。

最近、科学者たちはリチウムを完全に省略し、代わりにナトリウムまたは他の元素を高品質のバッテリーに使用することを検討しています。 ナトリウムは安価で入手しやすい（塩化ナトリウムとして海水中に存在する）が、欠点もあり、自動車や携帯機器に電力を供給するのに必要な集中充電を提供するという点では、依然としてリチウム電池が最良である。 アリゾナ州立大学の博士課程学生トゥリオ・ゲラシ氏とアレクサンドラ・ナヴロツキー教授は、異なるアプローチを採用した。 同じ電池内でリチウムとナトリウムを混合する。 供給問題を緩和し、より安価なバッテリーとより安全なサプライチェーンへの道を開くことを約束します。

このグループは、リチウム-ナトリウム材料を製造し、その構造、均一性、熱力学特性を特徴付けています。 研究者らは、ナブロツキー研究室で開発され最適化された特殊な技術（高温酸化物溶融溶液熱量測定）を使用して、材料のエネルギー的安定性を測定すると同時に、加熱実験により使用中の分解の可能性を判断します。

ゴールドシュミット地球化学会議で研究結果を発表したトゥリオ・ゲラチ氏は、「私たちは少量のナトリウムとリチウムを混合し、安定性をテストし、それがどのように機能するかを観察してきました。 これは段階的なプロセスであり、最初に開始したときは安定性が期待できませんでした。最初に必要なのは、混合物が使用可能な形態に留まっているかどうかを確認することです。 しかし、ナトリウム含有量を増やすと安定性が向上しました。 これまでのところ、混合率は 10% に達していますが、熱力学的にはまだ安定しているので問題ないようです。 パフォーマンスに大きな違いが見られる前に、これを約 20% まで押し上げることができると考えています。」

Tullio Geraci 氏はさらに次のように続けました。「最初は、これらの Li/Na 希釈液を作ることができるかどうかさえわかりませんでした。 驚いたことに、弱い希釈液は分解する傾向があり、溶液の均一性と電池の製造に重要な結晶構造が失われることがわかりました。 しかし、ナトリウムの量を増やすと、物質はより安定します。 最適な組み合わせに到達したら、最初のナトリウム - リチウム電池を製造するために、電池技術者に調査結果を引き渡す必要があります。 私たちは、これらが新しいバッテリー技術開発の第一歩であると信じています。」

ナンシー・ロス教授（バージニア工科大学地球科学科、バージニア州ブラックスバーグ）はコメントし、「GeraciとNavrotskyによる研究は、地球化学が技術的に重要な新材料の開発にどのように応用できるかを浮き彫りにしている。 彼らの研究は、私たちが日常生活に依存しているリチウム電池の、より手頃な価格で持続可能な代替ソースを探求するための有望な道を切り開きます。」