半固体電池は新しい電気化学エネルギー貯蔵技術であり、その電極懸濁液は主に活物質、導電性添加剤、電解質で構成されています。電池の正極と負極の懸濁液は 2 つの液体貯蔵タンクに設置され、送液ポンプを利用して電池反応器と外部の液体貯蔵タンクの間で懸濁液を循環させます。バッテリーリアクターの内部では、正と負の懸濁液がイオン隔膜によって分離されています。充電すると、バッテリー内のイオンがプラス端子からマイナス端子に移動し、電子が外部回路を通ってプラス端子からマイナス端子に移動します。一方、放電時には、イオンと電子は充電とは逆方向に移動します。

半固体電池セルの利点

半固体電池の利点は、エネルギー貯蔵容量と電力を独立して調整できることです。つまり、エネルギー貯蔵容量は液体貯蔵タンクのサイズによって決まり、電力は電池の反応チャンバーのサイズによって決まります。 。さらに、従来の電池に比べて正負極材料の利用効率が向上し、電極懸濁液中の電解液の交換や補充が容易になります。電極懸濁液の組成とセル構造を最適化することにより、電池の電気化学的性能をさらに向上させ、全体のコストを削減することができます。

この設計は固体電池と液体電池の特性を組み合わせたもので、次の重要な特徴があります。
(1) 安全性: 半固体電池は従来の液体電池に比べて安全です。電解液部分が固体のため液漏れしにくく、電池爆発の危険性が軽減されます。以下の状況では、従来のリチウム電池の危険性を排除してください。 ① 高電流下で作業すると、リチウム樹枝状結晶が発生する可能性があり、ダイヤフラムに穴が開き、短絡損傷につながる可能性があります。 ② 電解液は有機液体ですので、高温になると副反応、酸化分解、ガス発生、燃焼が起こりやすくなります。
(2) 高いエネルギー密度：半固体電池はより高いエネルギー密度を達成できるため、同じ体積と重量でより多くのエネルギーを蓄え、より長い使用時間を実現できます。
(3) 高速充電: 半固体電池は、より優れた充電性能により、従来の固体電池の充電が遅いという問題を克服し、電池のより高速な充電を可能にします。
(4) 環境に優しい：従来の電池と比較して、半固体電池に使用される材料はより環境に優しく、環境への悪影響が軽減されます。
半固体電池の上記の利点により、電気自動車、携帯用電子機器、再生可能エネルギー貯蔵の分野で幅広い応用が期待されています。

従来の液体電池と比較した半固体電池の利点は何ですか?

高い安全性：半固体電池は、従来の液体電池と比較して、ゲル状または多孔質の半固体電解質を使用しているため、電池の液漏れや発火のリスクが軽減され、より高い安全性が得られます。
より高いエネルギー密度: 全固体電池と比較して、半固体電池の電解質は通常、イオン伝導率が優れているため、同じ体積でより多くのエネルギーを蓄えることができ、エネルギー密度が向上します。
優れた高速充電性能: 半固体電池はイオン伝導率が優れているため、より高速な充電速度をサポートし、充電時間を短縮できます。
優れた低温性能: 半固体電池は、従来の液体電池よりも低温での安定性が高く、電池性能の低下が少なくなります。
環境に優しい：半固体電池は通常、電解質として無機材料または再生可能資源を使用するため、環境への影響が軽減され、より環境に優しいです。
サイクル寿命の向上: 半固体バッテリーは電解液の流れを避けるため、バッテリー内部の腐食や蓄積が少なくなり、サイクル寿命が向上します。
全体として、半固体電池は、安全性、エネルギー密度、充電性能、低温性能、環境への優しさ、サイクル寿命の点で、従来の液体電池や固体電池に比べて一定の利点があります。

半固体電池はどのように機能するのでしょうか?

充電および放電中の固体と液体の電解質混合物中のイオンの移動により、エネルギーの貯蔵と放出が行われます。

半固体電池の主な構成要素には、2 つの電極 (通常は正と負) と半固体電解質が含まれます。正極と負極は半固体電解質によって分離され、電気化学反応領域を形成します。
充電および放電中、正極は電子を放出し、負極は電子を吸収します。一方、半固体電解質では、正極と負極の間をイオンが移動します。具体的には：
充電プロセス:
充電中、外部電源がバッテリーに電流を供給します。これにより、正極材料内の金属イオン (リチウムイオンなど) が埋め込まれ、電子を放出し始めます。これらの電子は外部回路を通って負極に戻り、バッテリーの充電プロセスが完了します。同時に、正極材料中の金属イオンが半固体電解質中の負極に輸送され、負極に埋め込まれ、電池内のイオン輸送が完了します。

排出プロセス:
放電中、外部回路が負荷に接続し、電子が負極から正極に流れて負荷にエネルギーを供給します。同時に、負極材料中の金属イオンが埋め込まれ始め、半固体電解質中の正極に輸送されます。正極では、これらの金属イオンが正極材料に埋め込まれ、電池内の放電プロセスが完了します。
充電および放電プロセス全体を通じて、半固体電解質はイオン伝導の役割を果たし、正極と負極の間で効果的なイオン移動を可能にし、バッテリーの充電および放電反応を完了します。

半固体液体フロー電池の動作原理図

半固体電池はどの分野で有望な用途があるのでしょうか?

電気自動車：半固体電池は、その高いエネルギー密度と急速充電性能により、電気自動車の重要なエネルギー貯蔵ソリューションとなる可能性があります。このバッテリー技術により、航続距離の延長と充電時間の短縮が可能となり、電気自動車の普及と開発が促進されます。

ウェアラブル：スマートウォッチ、スマートバンド、その他のウェアラブルデバイスの人気が高まるにつれて、小型、軽量、高エネルギー密度のバッテリーに対する需要が高まっています。半固体電池は高いエネルギー密度と安全性を備えているため、ウェアラブル デバイスにとって理想的なエネルギー源となります。
モバイル デバイス: スマートフォンやタブレットなどのモバイル デバイスには、信頼性の高い高性能バッテリーが必要です。半固体電池は急速充電性能と長いサイクル寿命により、モバイル デバイスにとって魅力的な電源オプションとなっています。
エネルギー貯蔵システム: 半固体電池はエネルギー密度と信頼性が高いため、家庭用および産業用エネルギー貯蔵システムの潜在的な選択肢となります。これらのシステムは、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源を蓄え、エネルギーの需要と供給のバランスを取るために使用できます。
航空宇宙: 航空宇宙分野では、バッテリーの軽量さと高性能が航空機や人工衛星の性能にとって重要です。半固体電池には、エネルギー密度が高く、安全性能が優れているという利点があるため、航空宇宙分野で広く使用される可能性があります。
ウェアラブル医療機器: 医療業界では、さまざまなウェアラブル医療機器の使用をサポートするために、小型で安全かつ信頼性の高いバッテリーに対する高い需要があります。半固体電池の特性により、この分野での応用の可能性が高まります。

実際には、安全性の向上、耐高温性、高エネルギー密度、急速充電機能などの特性により、使用できるシーンはさらに多くあります。
長いサイクル寿命、設計の柔軟性

リン酸鉄リチウムの根本的な欠陥

（１）リン酸鉄リチウムを製造する際の焼結工程において、高温の還元雰囲気下で酸化鉄が単量体の鉄に還元される可能性がある。単原子鉄はバッテリーの微小短絡を引き起こす可能性があり、バッテリー内ではタブーな物質です。
(2) リン酸鉄リチウムには、振動密度や圧縮密度が非常に低いなどの性能上の欠陥があり、その結果、リチウムイオン電池のエネルギー密度が低くなります。低温性能は劣っており、ナノサイジングやカーボンコーティングでもこの問題は解決できていない。
(3) The preparation cost of the material and the manufacturing cost of the battery are high, and the battery yield is low and the consistency is poor. Although the nanosizing and carbon coating of lithium iron phosphate improves the electrochemical performance of the material, it also brings other problems, such as the reduction of energy density, the increase in the cost of synthesis, poor processing performance of the electrode and harsh environmental requirements. Although the chemical elements Li, Fe and P in lithium iron phosphate is very rich, the cost is also lower, but the preparation of lithium iron phosphate product cost is not low, even if the previous R & D costs are removed, the material process costs coupled with the higher cost of preparing batteries, will make the unit of energy storage power cost is high.
(4) 製品の一貫性が低い。材料調製の観点から見ると、リン酸鉄リチウムの合成反応は、固相のリン酸塩、酸化鉄、リチウム塩に加え、炭素の前駆体と還元性気相を含む複雑な多相反応です。この複雑な反応プロセスでは、反応の一貫性を確保することが困難です。