03^rd February 2021 | Author: Alexandra Stavropoulou

私たちはポータビリティの時代に生きています。デバイスや家電製品（ノートパソコン、携帯電話、歯ブラシ、懐中電灯など）の電源を取るためにコードやワイヤーを使うことは少なくなっています。 私たちはまた、「e-モビリティ」または電動化の時代に生きています。電気自動車（EV）は、ゼロ・エミッションで環境に優しい未来のモビリティの代替手段として大いに期待されています。 バッテリーのイノベーションは、EV用バッテリーの開発によって大きく推進されていますが、長持ちすること、安全であること、高速充電、そしてもちろん充電の間に公正な距離の車両の自立性などを提供しなければなりません。 EVは自動車だけでなく、バイク、スクーター、バス、トラック（小型・中型）、ボートなども含まれています。飛行機を電動化するプロジェクトも進んでいます。

モビリティの他にも、電池はエネルギー貯蔵の鍵を握っています。 それらは再生可能エネルギー源（太陽、風力、水力、バイオマス、潮汐、地熱エネルギー）を貯蔵するための道を開きます。 米国のユーティリティスケールのバッテリーストレージのコストは、2015年から2018年の間に70％（2,152ドル/kWhから625ドル/kWhへ）低下しています。（米エネルギー情報局） 2030年にはさらに下がる（さらに45％）と予想されています。（米国立再生可能エネルギー研究所）

しかしこのゼロエミッションの未来を実現するためには、電池設計には克服しなければならない課題があります。 環境温度の極端な変化においては、適切な電池を開発するための課題が異なります。 効率を向上させ、既知の問題に取り組むことを目的とした新材料の継続的な実験は、電池材料には最大の安全性のために予測可能な挙動を持つことが求められるため、複雑さがより増しています。

使用済みのEVバッテリーは、最終的にリサイクルされる前に、エネルギー貯蔵用途で第二の道を送ることができます。 このアプローチは、競争力のある持続可能性と循環型経済の一部です。その上、それは材料が常に採掘され、その後廃棄されるよりもむしろ循環にとどまることを保証します。

では、どうすればバッテリーはより強力で信頼性の高いものになるのでしょうか？

すべては、原材料の採掘から最終製品に至るまで、効果的な材料特性評価から始まります。 電池部品となる材料には、材料の性能を低下させたり、安全性を低下させたりする可能性のある不純物や、その他の偶発的な汚染がないことが求められます。

エネルギー分散型X線解析(EDS)は、迅速で非破壊的、非侵襲的な技術であり、サンプルのスループットが高いため、効率的な材料スクリーニングを行うのに理想的です。 電極前駆体材料は粉末状です。 正極の場合、この粉末は一般的にニッケル、コバルト、マンガン（NCM）の混合物ですが、アルミニウムが含まれていることが多いです。 コストの変動や物議を醸す採掘方法のため、コバルトに取って代わる傾向があります。 新しい構成物は、最適なレシピを見つけるために常にテストされています。 これらの粉体の品質保証と管理は、材料の性能と寿命を確保するために不可欠です。AZtecBattery®は、粉体組成の制御とコンタミネーション検出のための自動化されたSEM-EDSシステムを提供します。 AZtecBatteryを使うメリットはたくさんあります。

1. 自動化 - 装置のダウンタイムを最小限に

2. 信頼性の高い特性評価（形状、粒子径、粒子数、組成）

3. Ultim Maxを用いた毎時30,000個以上の粒子の形態・組成評価

4. 毎時100万個以上の粒子の形態測定

5. 多視野に広がる大きな粒子のための粒子再構成機能

6. 高いサンプルスループット

7. カスタマイズ可能なプリセット分類スキーム

8. ユーザープロファイル: 拠点間で分析プロファイルを共有して整合性を高める

9. 新規ユーザーを支援するためのナビゲーターとステップノートを備えたユーザーフレンドリーなインターフェイス

10. カスタムレポート機能

電池の材料は電子線に敏感なことが多いです。 その場合は、試料へのダメージを避けるために、低加速電圧を推奨します。 試料がビームダメージを受けている場合は、解析は正確ですが、ビームダメージを試料に反映してしまい、マップの組成には反映されません。そのような例を下の画像に示します。リチウムを分析しようとすると、試料表面に二次相が形成されていることから、ビーム損傷は明らかです。

左: 分析前の分析領域画像。 右: 分析後に同じ領域の画像を収集

Ultim Extremeは、低加速電圧で動作し、高解像度の画像を収集できるように設計されたウィンドウレス検出器です。高感度で強力な検出器であり、リチウムのような軽元素を検出できる初のEDS検出器です。そのためその応用範囲は生命科学から材料科学にまで及び、電池の研究開発も含まれています。

さまざまな機器や技術のデータを相関させる必要性は、ますます認識されるようになってきています。 これはある種の材料特性は直接測定できませんが、推論が可能なので、電池業界では特に当てはまります。 最近のウェビナーでは、このトピックをより深く掘り下げ、最高品質の電池製品を確実に製造するために、電池材料を徹底的に調査できるようにする様々な技術を取り上げています。 こちらをご覧ください。

Alexandra Stavropoulou
Segment Marketing Scientist

References

Burgess, Simon, Xiaobing Li, and James Holland. "High spatial resolution energy dispersive X-ray spectrometry in the SEM and the detection of light elements including lithium." Microscopy and Analysis 6 (2013): S8-S13.

Hovington, P., Timoshevskii, V., Burgess, S., Demers, H., Statham, P., Gauvin, R., & Zaghib, K. (2016). Can we detect Li KX‐ray in lithium compounds using energy dispersive spectroscopy?. Scanning, 38(6), 571-578.

Reed, S. (2005). Electron Microprobe Analysis and Scanning Electron Microscopy in Geology (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9780511610561Links

https://www.bbc.com/future/article/20201217-renewable-power-the-worlds-largest-battery

https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=45596&src=email