電気自動車（EV）が約束する晴れやかな未来には、暗雲が立ち込めています。充電式リチウムイオン（Li-ion）電池は、EV技術の心臓部です。さらに言えば、現代生活を動かす他のほとんどのエレクトロニクス機器の中心にあります。
リチウムイオン電池に関する電池の主な懸念は、正極（電池の正極端子）の製造に使用される2つの元素、コバルトとニッケルに起因しています。これらの要素の調達は、脆弱で倫理的に問題のあるサプライチェーンに依存しています。
代替品のLi-S
リチウムイオン電池のサプライチェーン、コスト、環境問題を最小化する戦略の1つが、使用済み電池からのニッケル、コバルト、その他の化学物質の効率的な回収とリサイクルです。具体的には、リサイクルによって原材料の採掘にかかる圧力が軽減されます。
当社の合理化された湿式冶金による高度なリサイクル加工方法（SHARP）技術は、使用済みリチウムイオン電池から重要な金属を回収する、環境に優しく、コスト効率の高い手段を提供します。
図2. 使用済みリチウムイオン電池からのニッケルとコバルトの効率的な回収とリサイクルは、採掘原料の必要性を減らす1つの方法です。
もう1つのアプローチは、豊富で入手しやすい材料を使用し、低コストで高い電池性能を実現する、リチウムイオン電池化学に代わる代替物を開発することです。電池研究の多くの大手企業がこれに積極的に取り組んでいます。化学物質を変えることで、サプライチェーンの弾力性を導入し、最終的にはEVをより手頃な価格にして消費者にとって魅力的なものにできる可能性があります。
リチウム硫黄（Li-S）電池化学は、実現可能な将来の道の1つとして浮上しています。この技術では、リチウムイオン電池で使用されるコバルト、ニッケル、その他のさまざまな金属酸化物ではなく、硫黄を正極活物質（CAM）として使用します。
硫黄がCAMとして望ましい理由はいくつかあります。第一に、入手が容易（地球上で5番目に豊富な元素）であるため、コバルトやニッケルよりも本質的にコストが安価です。また、電池製造の拠点としてすでに台頭している地政学的に問題の少ない国々では、副産物として広く採掘および生産されています。これにより、輸送コストが削減されます。これらを組み合わせれば、電池のキロワット時あたりの価格を大幅に下げることができます。
さらに、リチウムイオン電池よりもLi-S電池の方がより多くのエネルギーを保持することができます。Li-S電池は、同じ重量のリチウムイオン電池の2倍のエネルギーを保持できると推定されています。これは、EVで航続距離が大幅に伸びたり、重量が大幅に軽くなったりすること意味します。
したがって、Li-Sはリチウムイオンよりも性能とコストの面でメリットがあり、本質的に安全なサプライチェーンを持っています。Li-S電池がまだEVに広く使われていない理由は1つだけです。機能しないのです。
画期的なLi-S電池技術
Li-S電池の技術的な問題は、電池内部で起こる化学反応に起因しています。具体的には、硫黄は充電と放電のサイクルの間に固体から液体になり、また固体に戻ります。硫黄の一部は電解液中に留まり、不可逆的な容量低下を引き起こします。このため、サイクルごとに充電容量が劇的に減少します。
この問題を解決することが、Li-S電池の研究者の長年の焦点でした。Coherentは、10年にわたって社内でこれに取り組んできました。
当社の最初の研究は、リチウムセレン（セレン）化学に焦点を当てていました。セレンと硫黄はどちらも周期表のVI族に属する元素です。また、CoherentはVI族材料を扱う専門知識を豊富に備えています。そのため、当初、当社はII-VIと呼ばれていました。
当社のチームは2020年、セレンから硫黄へと焦点を変えました。そして今、当社はこの問題を解決する重要な飛躍的進歩を遂げました。これにより、材料の理論的限界またはその近くの電荷を保持できるLi-S電池（より具体的には「硫黄正極」）を製造できるようになります。また、当社の正極は「リサイクル可能」です。
図3. Coherentが開発した画期的なLi-S電池技術は、社内の10年にわたる研究の集大成です。
もちろん、Li-S電池に取り組んでいるグループは他にもあります。また、当社と同じような性能特性を達成しているものもあります。
ただし、当社の技術は、こうした他社とは大きく異なる、重要なメリットを提供します。当社の技術革新は、正極複合材料やスラリーレベルのバルク材料に応用されています。これは、電池メーカーが機械設備を変更することなく、既存の正極製造方法で当社の材料を利用できることを意味します。
リチウムイオン化学を中心とした電池製造能力への巨額の投資を考えると、当社は、Li-Sへのスムーズな移行をメーカーに提供することが不可欠だと考えています。CoherentのLi-S技術は、現在行われている設備投資の寿命を延ばします。
皆がLi-Sに向かってドライブしています
Li-Sの可能性と（Coherentなどによる）最近の技術進歩は、電池業界やEV業界の人にとっては初耳ではありません。これらのコミュニティでは、Li-Sがいずれリチウムイオンに取って代わると広く認識されています。米国エネルギー省もこの見解を維持しています。彼らは国立研究所でLi-S技術を開発し、商業研究に資金を提供しています。
Coherentは、VI族材料における比類のない経験とこれまでの良好な実績により、Li-S技術の展開において主導的な役割を果たすことができる立場にあります。当社は今日、製造業者の出発点を確立するために必要な材料と加工方法で、この技術を商業化しています。これには、CAMの製造、完成した正極コンポーネントの製造、当社の技術ライセンスの供与などが含まれる可能性があります。
しかし、当社がLi-S電池市場にどのように参加するとしても、Coherentはすでに、コストと質量のペナルティを最小限に抑える方法で硫黄を循環させることができる重要な技術革新を実現しています。これらは、電池産業がサプライチェーンの安全性を大幅に高めた材料に移行するのに役立ちます。また、これは、モバイルの電化への障壁を低くし、EVの未来の空をクリアにします。
Coherent Li-S技術の詳細をご覧ください。
By providing your information and clicking ‘Subscribe’, you opt-in to receiving periodic email marketing communications from Coherent Corp. and understand that your personal data will be processed in accordance with our Privacy Policy and that our Terms apply. You may opt-out of marketing emails sent by us at any time by clicking the unsubscribe link in any marketing email you receive.
