電気自動車用蓄電池
最後の点に続いて、最初の段階は、バッテリーモジュールの残存SOHを決定するための試験である。この操作は、引退したシステムごとに異なる可能性がある。次に、モジュールを完全に放電させなければならない。その後、パックを分解し、再利用後の応用の電力とエネルギーの要件を満たすように再構成する必要がある。高重量・高電圧のEV用バッテリーを解体するには、資格を持った作業員と専用の工具が必要であることに留意する必要がある。前節で述べた解決策の他に、再生業者はこのプロセスの費用を削減するために、モジュールからの放電エネルギーを販売または再利用することができる。解体プロセスを高速化するために、このプロセスにロボットを組み込む試みがいくつか行われている。この場合、ロボットはより危険な作業を扱うことができ、解体プロセスの安全性を高めることができる。
第三に、電池技術は透明性がなく、標準化されていない。電池の開発はEVの中核部分であるため、メーカーがパックに正極、負極、電解質の化学的性質を正確に表示することは困難である。また、セルやパックの容量や設計は1年単位で変化する。再生メーカーは、これらの情報をタイムリーに更新するために、メーカーと密接に連携する必要がある。一方で、政府はラベリングの基準を設定することができない。
最後に、再生プロセスは、使用済みバッテリーに費用を加える。2010年以降、バッテリーの費用は85%以上減少しており、これは予測を大幅に上回る速さである。再生のための費用が加わるため、再生品は新品のバッテリーよりも市場での魅力が落ちる可能性がある。
それにもかかわらず、第2世代のEV用バッテリーを使用したストレージプロジェクトの例に示されるように、第2世代のアプリケーションではいくつかの成功例がある。
全固体電池は有望な次世代二次電池として世界中で研究開発が行われている。特徴は無機系の個体電解質が使われており、この個体電解質はリチウムイオンのみを通す理想的なシングルイオン導電体の役割を果す。また不燃性の無機系固体電解質を用いる為、耐熱性が高く電極材料に高性能な金属リチウムや硫化物を使うことが可能となり、高容量・高出力・広い作動温度範囲・高速充電・長寿命・低コスト化が全て実現できる。近年全固体電池の課題であった固体電解質のイオン伝導性の改善が相次いで報告されており、各企業が生産体制構築に向け巨額の投資を行っている。また一部のスタートアップ企業では試験的な量産ラインが稼働している。
バッテリー電気自動車の安全性については、国際規格であるISO 6469で大きく取り扱われています。この規格は3つの部分に分かれている。
オンボードの電気エネルギー貯蔵、すなわちバッテリー
機能安全手段と故障に対する保護
電気的危険に対する人の保護。
消防士やレスキュー隊員は、電気自動車やハイブリッド電気自動車の事故で発生する高電圧や化学物質に対処するための特別な訓練を受けている。BEVの事故では、バッテリーの急速な放電による火災や煙など、通常とは異なる問題が発生する可能性があるが、多くの専門家は、BEVのバッテリーは市販車でも追突事故でも安全であり、後部にガソリンタンクを搭載したガソリン推進車よりも安全であると考えている。
通常、バッテリーの性能試験には以下の項目が含まれる。
充電状態 (State Of Charge, SOC)
健全性 (State of Health, SOH)
エネルギー効率
性能試験では、自動車メーカー(OEM)の要求仕様に基づいて、バッテリー電気自動車(BEV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)のドライブトレインの走行サイクルをシミュレートする。これらの走行サイクルでは、車内の熱条件をシミュレートしてバッテリーの冷却を制御することができる。
また、人工気候室は、試験中の環境条件を制御し、自動車の全温度範囲と気候条件のシミュレーションを可能にする。
これらのバリエーション(リン酸塩、チタン酸塩、スピネルなど)は、はるかに長い寿命を持つことが示されており、リン酸鉄リチウム(英語版)を使用したA123タイプは少なくとも10年以上、7000回以上の充放電を繰り返すことができ、LG化学はリチウム・マンガン・スピネル電池(英語版)の寿命を最大40年と見込んでいる。
研究室では、リチウムイオン電池に関する多くの研究が行われている。酸化バナジウムリチウムは、すでにSUBARUのプロトタイプG4e(英語版)に搭載され、エネルギー密度が2倍になっている。シリコンナノワイヤー、シリコンナノ粒子、スズナノ粒子はアノードで数倍のエネルギー密度を期待させ、複合カソードや超格子カソードも大幅なエネルギー密度向上を期待させる。
新しいデータは、リチウムイオン電池の劣化は、年齢や実際の使用状況よりも、熱への曝露や急速充電の使用によって促進され、平均的な電気自動車のバッテリーは、6年6か月の使用後も初期容量の90%を維持していることを示している。例えば、日産・リーフに搭載されている蓄電池は、テスラ車に搭載されている蓄電池の2倍の速さで劣化する。これはリーフが蓄電池の能動的な冷却システムを持っていないためである。
物理的材料分離は回収物を機械的に粉砕し、粒子径、密度、強磁性、疎水性などの異なる成分の物理的特性を利用する。銅、アルミ、鉄などのケーシングは選別により回収できる。残りの材料は「ブラックマス」と呼ばれ、ニッケル、コバルト、リチウム、マンガンなどで構成されており、回収するには二次処理が必要である。湿式製錬法では、正極材を粉砕して集電体を取り除く必要がある。その後、正極材を水溶液で浸出し、正極材から目的の金属を抽出する。直接正極リサイクルは、その名の通り正極材料を直接抽出し、新しい正極原体として使用可能な正極電力を得ることができる。このプロセスでは、液体または超臨界CO2を用いて電解質を抽出する。 回収した成分のサイズを小さくした後、正極材を分離することができます。生物学的金属再生(バイオリーチング)では、微生物を使って金属の酸化物を選択的に消化する。その後、リサイクル業者がこれらの酸化物を還元して金属ナノ粒子を生成する。バイオリーチングは鉱業では成功しているが、リサイクル業界ではまだ初期のプロセスであり、さらなる調査の機会がたくさんある。
リサイクル技術の開発と展開を促進するために、世界中で多くの取り組みが行われている。米国では、エネルギー省の車両技術局(VTO)が、リサイクルプロセスの革新と実用化を目的とした2つの取り組みを行っている。ReCellリチウムリサイクル研究開発センターでは、3つの大学と3つの国立研究所が協力して、革新的で効率的なリサイクル技術を開発している。特に、正極の直接リサイクル法はReCellセンターで開発されたものである。一方で、VTOはバッテリーリサイクル賞を設け、現在の課題を解決するための革新的な解決策を見つけるアメリカの起業家にインセンティブを与えている。