米国の研究者が「いつまでも残り続ける化学物質」を使用しないEVバッテリーを開発しました。
- EVバッテリーにはPFASという有害な「いつまでも残り続ける化学物質」が含まれ、環境や人体への影響が懸念されている。
- シカゴ大学の研究者は、PFASを使用しない新技術のバッテリーを開発し、性能維持の可能性を示した。
- 実用化には課題があるが、環境規制の強化と技術革新により、より持続可能なEVバッテリーの普及が期待される。
EVバッテリーに潜む「いつまでも残り続ける化学物質」の問題とは？
EV用バッテリーには人体に健康被害をもたらす危険な化学物質が含まれています。バッテリーの科学者たちは、少なくとも研究室ではその問題を解決しつつあります。
マッキンゼー・アンド・カンパニーによると、リチウムイオンバッテリーの需要は、2022年の700ギガワット時から、2030年には4.7テラワット時へと大きく増加すると予測されています。その理由は、バッテリーの使用は電気自動車だけでなく、電気製品、ドローン、グリッドレベル（系統電源）のエネルギー貯蔵、その他数十種類の用途でも拡大しているからです。しかし、有害な化学物質を使用しているというこれらの「汚れた秘密」は、まだ対処されていません。
EVのバッテリーや駆動モーターに使用されるレアアース材料に加え、これらの部品には、パー・アンド・ポリフルオロアルキル物質（PFAS）と呼ばれる危険な化学物質も使用されています。全米資源防衛評議会によると、PFASは私たちの衣類から焦げ付き防止加工のフライパンまで、ありとあらゆるものに使用されています。PFASは環境中で分解されることがなく、食物や水を通じて人体にまで浸透する可能性があるため、「永遠の（いつまでも残り続ける）化学物質」という異名を持っています。
次世代バッテリーの開発－シカゴ大学の研究とは？
現在、シカゴ大学の研究者は、PFASに依存しない次世代EVバッテリーの設計に取り組んでいます。一般的なリチウムイオンバッテリーでは、正極と電解質の両方にPFASが使用されています。PFASはバッテリー内部の構造を維持するのに役立ちます。シカゴ大学の研究者は、正極と電解質にPFASを使用することは必須ではないと述べています。また、性能に影響を与えない代替策を考案したとしています。
「私たちはバッテリーに多くのことを求めています。低温での性能、高温での性能、高速充電、リチウム金属バッテリーなどです。これらは消費者として私たちが求めていることです」
上記のようにシカゴ大学分子工学部教授のチビューズ・アマンチュック氏はブログ投稿で述べています。
「今、科学文献で言われているのは、『電解液にフッ素化成分をもっと加えよう』ということです。 それらのほとんどすべてがPFASとみなされるでしょう」
この問題に対処するため、彼らは電解液用のPFASを含まない特別な「非フッ素化溶媒」を開発しました。 それだけでは問題は解決しません。 課題は、その素材が少なくとも一般的なEVバッテリーの性能に匹敵するか、あるいはそれを上回ることを証明することです。
PFASを含まないセルはイオンペアリングが優れていることが判明しました。つまり、エネルギー密度が高いということです。また、極端な温度に対する耐性も高く、摂氏60度から-40度までの温度サイクルでも安定していることが明らかになりました。さらに、容量保持率も優れており、バッテリーが長持ちするだけでなく、長期間にわたって高い性能を維持できることを意味しています。
EVバッテリーの未来－環境と持続可能性の視点から
もちろん、これらのバッテリーはまだ実験室での実験段階にあり、量産にはほど遠い状態です。しかし、この研究の目的は、EVバッテリーに対する環境への懸念が、まさにデザイン段階で対処できることを示すことです。
数百万個の寿命を終えたEVバッテリーが、10年後までにリサイクルや二次利用の段階に入ると、特に適切に処理されない場合には、環境汚染のリスクが非常に高くなります。米国環境保護庁によると、PFASは、子供の発育への影響や女性の生殖機能への影響を含む深刻な健康被害と関連しているとのことです。
現在、世界的な電気自動車（EV）の動きは、シリコンバレーの大手ハイテク企業に広く見られる「高速で走り、壊しながら進化する」アプローチを採用しています。EVバッテリーが数年後、数十年後に引き起こす可能性のある被害を解決することよりも、市場で最初に製品を発売することが重要視されているのです。 今後、より厳格な規制や、このような解決策が導入されることで、将来のバッテリー開発はより慎重で環境に配慮したアプローチを取ることができるようになるでしょう。
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