エネルギー科学：高エネルギー密度リチウムイオン電池の高速充電
Nature 611, 7936 doi: 10.1038/s41586-022-05281-0
ニッケルリッチ層状酸化物カソードとグラファイトアノードを有するリチウムイオン電池は、比エネルギーが250～300 Wh kg−1に達しており、現在、航続距離300マイルの電気自動車（EV）用の90 kWh電池パックを構築することが可能になっている。残念なことに、そうした重量のある電池を用いて走行距離不安を軽減しようとするのは、原料資源の供給が限られておりコストが極めて高いため、EVへの採用の主流とするには効果的でない。10分間の高速充電によって、走行距離不安を引き起こすことなく、手頃な価格と持続可能性の両方を目指したEV電池の小型化が可能になる。しかし、エネルギー密度の高い電池（250 Wh kg−1を超えるか、4 mAh cm−2より高い）の高速充電は、依然として大きな課題である。今回我々は、非対称温度変調に基づいた材料に依存しない手法と熱的に安定な二塩電解質を組み合わせることで、265 Wh kg−1の電池において、900（または2000）を超えるサイクルにわたり、12分間（または11分間）で75％（または70％）充電状態までの充電を達成した。これは、毎回の充電を高速充電とした場合、50万マイルの走行距離に相当する。さらに我々は、そうした電池パックのデジタルツインを構築して、その冷却と安全性を評価するとともに、熱変調された4C充電に必要なのは空気対流のみであることを実証した。これによって、コンパクトで本質的に安全なセル・ツー・パック（cell-to-pack）方式の開発手法がもたらされる。高速充電時にのみ高活性電気化学的界面を生じさせる今回の高速熱変調方法には、シリコンや金属リチウムのようなアノードを含む次世代材料の安定性と高速充電の両方を実現する重要な可能性がある。
