もしグラフェン バッテリーが科学者の言うとおりの働きをすれば、ゲームチェンジャーになれるかもしれない

最新のグラフェン バッテリーを搭載した新しい電気自動車で高速道路をクルーズしていると想像してください。 5026>

作業を終えて外に戻る頃には、車はすでにほぼ充電されており、さらに 300 マイル無制限で走行する準備ができています。 グラフェン（原子1個分の厚さの炭素シート）でバッテリーを強化することで、電動工具から電気自動車まで、あらゆるものがより速く充電され、より多くの電力を持ち、より安価になり、もしかしたら文明が地球を破壊する化石燃料からついに離れる手助けをするかもしれないと、彼らは言っています。 グラフェンは素晴らしい素材であり、特にバッテリーの素材としては素晴らしいものです」と、グラフェン バッテリー企業 NanoGraf のポリマー科学者兼事業開発担当副社長 Chip Breitenkamp 氏は Futurism に語っています。 この技術によって、「バッテリーの充電速度を速め、熱を効率的に放散させることができる」と同氏は述べている。 これは大きな意味を持ちます。 電動工具がすぐにオーバーヒートすることがなくなるということです。 家庭用電化製品が、より長く、よりよく家族に役立つことを意味します。 そして、最終的には、より速く充電できることを意味します」

「本質的に、グラフェンは、持続可能な電気の未来を動かす上で中心的な役割を果たすことができます」と、Breitenkamp氏は付け加えます。 ナノグラフ社によると、同社のグラフェン電池は、従来のリチウムイオン電池に比べて駆動時間が50パーセント増加し、二酸化炭素排出量が25パーセント減少し、同じ出力を得るために必要な重量が半分になったとのことです。 何十年もかけて、電池メーカーはシリコンよりもリチウムのほうが電気容量が大きいので、リチウムを採用するようになった。 しかし、リチウムには2つの重要な問題がある。 電気伝導性が悪いことと、放電時に物理的に変形しやすく、最終的には剪断され、割れてしまうことです。 リチウムにグラフェン（最近では酸化グラフェンや還元グラフェンといった関連ナノ材料）を混ぜたりコーティングしたりすることで、この2つの問題を解決することができる。 ブラウン大学のエンジニアで、グラフェン電池に関する研究を発表している Christos Athanasiou 氏は、「グラフェンは非常に高い電子伝導性を持っており、シリコンの負極に入れると、伝導性が非常に高まります」と Futurism に述べています。 「グラフェンは、機械的特性が非常に優れていて、本当に強いんです。 グラフェンの頑丈さは、従来のバッテリーよりもはるかに多くのライフサイクルを提供するため、より強力な電流でバッテリーを「押し」、より速く充電することができると、提唱者は述べています。 より急速に劣化しますが、豊富な放電サイクルにより、従来のバッテリーよりも長い寿命が得られます。

Nanograf は、グラフェン バッテリーの実用化を目指している唯一のスタートアップ企業ではありません。 競合の Real Graphene の CEO である Samuel Gong 氏は、Futurism に、同社の技術は 1 時間未満で自動車を充電できると確信していると語りました。 「グラフェン電池は、ある意味、より多くの衝撃を受けることができ、その結果、余分なライフサイクルが可能になります。 5026>

その結果、エネルギー密度とパフォーマンスが大幅に向上した安価なバッテリーが生まれると言います。「プラスチックのようなものと比べて、テクノロジーの進化にとって重要だと思います」とGong氏は言い、「将来的には、ほとんどすべてに適用できるかもしれません」。 ナノグラフ社によると、同社はすでに電動工具の会社や電気自動車用のバッテリーを製造する会社と協力して、同社の技術を市場に投入しているが、具体的なパートナーの名前は言えないという。

また、Gong氏は、Real Grapheneがすでに中国の上海でグラフェン電池を搭載したバスを試験的に走らせていると教えてくれました。しかし、誰がバスを走らせているのか、電池がその堂々とした技術的約束に応えているかといったプログラムの詳細について尋ねたところ、コメントを避けられました。 この15～20年間、基本的にエネルギー貯蔵コミュニティ全体が、優れたナノ複合材料を作る方法、シリコン グラフェン陽極に望ましい特性を持たせる方法について、多くの研究を行ってきました」と、Athanasiou 氏は述べています。 「この数年で、グラフェンを作るのが容易になり、酸化グラフェンなど、グラフェンをベースにした他のナノ材料も登場しています」

「これらのナノ材料は、さらに優れた特性を提供します。 「例えば、酸化グラフェンはシリコンとよくなじみます。 そして、酸化グラフェンを還元して使用すると、さらに優れた特性が得られることがわかりました」

言い換えれば、グラフェンは何年も前から、「世界を変革する準備ができたところ」という状態にあるのだ。 しかし、製造コストが低下傾向にあることから、複数の新興企業がFuturismに語ったところによると、早ければ来年には、電動工具のような小型デバイスに搭載して販売される予定だそうです。 5026>

「EV に搭載されるバッテリーは、非常に長いテスト・サイクルを必要とします」と、NanoGraf の Breitenkamp 氏は Futurism に語っています。 「つまり、これらのバッテリーは、最低でも3～4年間はテストされなければならないことが想像できます。 私たちの技術を今すぐEVで使えるようにするということではありません。 うまくいくかどうかの問題ではなく、安全性や寿命といった点で太鼓判を押されるまでにどれだけの時間がかかるかの問題なのです」と、Breitenkamp 氏は付け加えました。 実際、この記事のためにインタビューした複数の専門家は、Tesla が同じ技術で密かに実験しているかもしれないと推測しています。

「Tesla がこの種の技術に取り組んでいることは間違いありません」と Gong は言い、十分に強力な充電器を作ることは、グラフェン電池自体を作るよりも大きなチャレンジかもしれないと付け加えました。 「最近、広報部門をすべて解散したテスラは、Futurism の質問またはコメント要請を受け入れませんでした。 しかし、テスラがグラフェン電池に取り組んでいるかどうかにかかわらず、消費者向け製品として有用になるには、解決しなければならない数多くの技術的課題があります。

Gong は、1 つの現実的な問題として、大手自動車メーカーが市場対応のグラフェン電池の開発に成功した場合、充電による膨大な量が電気インフラを完全に圧倒する危険性がありますと述べています。 電力供給網は、少なくともベイエリアについて言えば、今あるものを処理するのがやっとです」と Gong 氏は語ります。 「原子力発電所を建設して、電力があるというだけではありません。 街の配線が電力の急増に対応できるかどうかという、電力供給の問題もあります」

また、誰もが認めるように、解決しなければならない技術的な問題がまだ残っています。 Breitenkamp氏によると、バッテリーを強く押しすぎると、樹枝状クリープ（基本的に内部短絡）のような問題が発生する可能性があるとのことです。 しかし、複数の専門家が Futurism に語ったところによると、樹枝状クリープは、ご存じのとおり、より多くのグラフェンを使用することで解決できるそうです。 長い話になりますが、Athanasiou 氏は、科学者は研究室で非常に優れたプロトタイプを作ることができますが、完成品の大量生産に移行するのはまったく別の課題であると述べています。 「しかし、技術的な面では、まだ準備ができていません。 もちろん、グラフェンを前進させ、その発見以来、関心を持続させてきた誇大広告もあります。 ミシガン大学エネルギー研究所のバッテリー ユーザー研究所のテクニカル ディレクターである Greg Less 氏は、「その一部は、科学者が自分の研究に対する興味を喚起するために必要なことです」と述べています。 しかし、グラフェン電池が最終的にどれほど有用なものになるかはわからないとも述べています。 グラフェンは Less 氏の専門ではないと彼は明言しましたが、彼は、グラフェンが別の流行として消えていくかもしれないと疑っています。 カーボンナノチューブは、基本的にグラフェンの断片を丸めてチューブにしたもので、多くの大胆な主張が、それがいかに社会に革命をもたらすかについてなされました。 とLess氏は言います。「改良されるのでしょうか？ そうです。 その改良は、より安価で入手しやすい選択肢を駆逐するのに十分なものでしょうか？ おそらく無理でしょう。 そうかもしれない。 でも、どうだろう。 5026>

一言で言えば、グラフェンをめぐる誇大広告は、その将来を見えにくくしているのです。 ナノ材料の本当の有用性を、最終的に失敗する善意の試みから切り離すことは困難です。 しかし、私たちはどうにかして環境問題を解決する必要がありますし、気候変動による壊滅的な影響を食い止めたいのであれば、結局のところ、一か八かの万歳三唱が必要になるかもしれません。 グラフェンの支持者たちが可能だと言っていることのほんの一部でも実現すれば、化石燃料との戦いにおける貴重な武器になることでしょう」

電気自動車に革命をもたらすグラフェンの可能性について、Britenkamp氏は次のように述べています。 「過去10年間は、グラフェンは宙に浮いているようなものでした。 この10年間、電気自動車は宙に浮いているような存在でしたが、誰もがガレージに置けるような価格の自動車をつくれるようになれば、さまざまなことが変わっていくはずです。 気候変動や雇用に関するシナリオも変わるでしょう」

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