エネルギー貯蔵の需要が増加し続けるにつれ、従来のリチウムイオン電池（LIB）の限界が明らかになりつつあります。LIB業界は2022～2030年に年間最大30%成長すると予測されていますが1、現在のカソード材料ではこの成長は持続可能ではありません。現在のLIBカソードの主要成分であるコバルトは高価で希少なうえ、採掘方法に起因する環境的および倫理的な懸念が伴います2。これらの問題により、研究者は従来のコバルト・カソードに代わる材料を模索するようになりました。
マンガンベースのカソードは将来有望なソリューションです。産出量が豊富で、費用対効果が高く、コバルトよりも抽出時の環境への影響が少なくて済むため、リチウムイオン電池のエネルギー密度と安全性の向上を実現する可能性を秘めています。しかし、マンガンをバッテリー技術に統合することに、課題がないわけではありません。クーロン効率の低さ、容量低下の問題、および安定性の問題が、マンガン・カソードの開発を難しくしています。3–5
CASを利用することで、研究者は化学的特性や物質的特性に関する広範なデータベースを活用し、最新の科学文献にアクセスし、イノベーションに対する知的財産保護を確保して、カスタム・デジタル・ソリューションを開発することができます。当社のツールは、日々の研究を促進し、インスピレーションを刺激し、革新的な研究開発を推進し、効率的で持続可能な新世代のエネルギー貯蔵ソリューションへの道を開くように設計されています。
マンガン電池の文献レビューの効率化
エネルギー貯蔵分野の研究者は、常に新しい方法を模索し、革新的なマンガンベースのカソード材料を設計していますが、競争力を維持するためには最新の進歩を常に把握しておくことが不可欠です。CASコンテンツコレクションTMのデータによると、過去5年間でマンガン・カソード技術に関連する特許数が急増しており、研究チームは増え続ける情報量を常に把握する必要に迫られています。
2019～2023年にかけての特許数の増加を示す折れ線グラフ。2020年に減少した後、2023年まで着実に増加しています。
CASでは、業界の専門家が世界中の科学的知識を収集して結び付け、イノベーションを推進する洞察を提供しています。毎日更新される世界中のジャーナル、特許、データベースから最新のマンガン・カソード情報に効率的にアクセスして文献レビューを加速すれば、電池科学の最前線を把握することができます。
マンガン・カソード材料について
エネルギー密度、コスト、安全性、安定性の完璧なバランスが求められるマンガン・カソード材料を選択することは、研究者にとって厄介な課題です。さまざまな材料がそれぞれ異なる利点と欠点を持っているため、電池用途に最適なトレードオフを選択することは非常に微妙な作業になります。リチウムイオン・マンガン酸化物電池とニッケル・マンガン・コバルト電池の2つは広く普及していますが、欠点もあります。そのため、効率性と持続可能性技術のバランスをより良く保つことができる新しい素材が市場に参入する機会が広がってきています。
| マンガンカソード材料 | 説明 |
|---|---|
| マンガン酸リチウム（LiMn2O4） | リチウムイオン・マンガン酸化物電池は、高電圧と優れた熱安定性という利点がありますが、サイクル中にマンガンが溶解して容量が低下するという問題があります。この種類の電池は、特にエネルギー密度よりも安全性が優先される用途で広く使用されています。6 |
| リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（NMC） | ニッケル・マンガン・コバルト電池には、性能とコストのバランスをとるためにマンガンが組み込まれています。これらの材料はエネルギー密度が高いため、電気自動車に多く使用されています。この電池は、ニッケル、マンガン、コバルトの比率を調整することで特性を最適化できますが、それでもコバルトの使用に依存しています。7,8 |
| リチウム豊富なマンガンベースの酸化物（LRMO） | 構造内に過剰なリチウムを含むリチウムイオン・マンガン酸化物電池をベースにしており、より高い電圧と比湧出量を実現します。ただし、電圧/容量の急速な低下、レート性能の低さ、初期クーロン効率の低さなどの課題が立ちはだかっています。4 |
| リン酸マンガン鉄（LiMn0.5Fe0.5PO4） | コスト、安全性、性能のバランスを実現する、マンガンと鉄を組み合わせたオリビン構造の材料です。純粋なマンガン酸化物よりも熱安定性に優れています。9 |
CAS SciFinder®で包括的な材料情報にアクセスしましょう。当社の材料データベースであるCAS REGISTRY®と完全に統合されているため、材料特性、合成方法、商業的ソース、最新の研究に関する詳細な洞察を単一のプラットフォームでシームレスに調べることができます。次世代リチウムイオン電池向けのマンガンベースのカソードのブレークスルーを加速させるために必要な重要データを見つけてください。
マンガン・カソードのイノベーションを保護
LIB市場は2032年までに4,468.5億ドル規模に成長すると予測されており10、新しいマンガンベースのカソード材料と技術には大きなチャンスが広がっています。この驚異的な成長を最大限に活用し、イノベーションの可能性を引き出すためには、企業がバッテリーの知的財産（IP）を保護することが重要です。
STN IP Protection Suite™を利用すれば、マンガン・カソードの複雑な知的財産情勢を把握するのに役立つ重要なリソースにアクセスできます。ここでは、包括的な特許およびイノベーション・データとパーソナライズされたアラートにより、分野の最新の出願や開発についての最新情報を入手できます。CASと提携することで、マンガン電池技術におけるイノベーションの保護が確保され、進化する市場を自信を持ってリードできるようになります。
新しいAIとデジタル・トランスフォーメーション・ソリューションの開発
AIとデジタル・トランスフォーメーションが産業界全体で研究開発に革命を起こし続けていますが、マンガン電池の研究者もまた、これらのテクノロジーの力を活用してイノベーションを加速できます。最近、General Motors（GM）社は、シリコンバレーを拠点とするAI対応の電池材料のイノベーターであるMitra Chem社とのパートナーシップに投資しました。両社は、シミュレーションと物理学に基づく機械学習モデルを使用することで、先進的な鉄ベースのカソード活性物質を開発するとともに、新しい電池材料の市場投入までの時間を短縮することを目指しています。11
CAS Custom ServicesSMチームの専門家は、広範な知識管理の専門知識を活用して、お客様固有のニーズに合わせたデジタル・トランスフォーメーション技術の構築をサポートします。CASは、お客様のパートナーとして、お客様独自のデータをCASコンテンツコレクションや外部の第三者のデータセットと統合するだけでなく、AIや機械学習を含むあらゆる種類のデジタル・ソリューションの開発をお手伝いします。
エネルギー貯蔵の持続可能な未来を設計する
電池化学分野の研究者は、私たち全体の未来を約束する持続可能なソリューションを生み出す最前線に立っています。マンガン・カソードは、まだ効率性と持続可能性の完璧なバランスを実現していませんが、この急速に変化する市場に新しいアイデアと斬新な技術が参入する機会を提供しています。CASと提携することで、イノベーションのきっかけとなる洞察に直接アクセスし、次のブレークスルーへの道を切り拓くことができます。
(1) Lithium-ion battery demand forecast for 2030 | McKinsey. https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/battery-2030-resilient-sustainable-and-circular (accessed 2024-08-16).
(2) Han, S.; Zhenghao, M.; Meilin, L.; Xiaohui, Y.; Xiaoxue, W. Global Supply Sustainability Assessment of Critical Metals for Clean Energy Technology. Resour. Policy 2023, 85, 103994. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2023.103994.
(3) Researchers eye manganese as key to safer, cheaper lithium-ion batteries. Argonne National Laboratory. https://www.anl.gov/article/researchers-eye-manganese-as-key-to-safer-cheaper-lithiumion-batteries (accessed 2024-08-16).
(4) Chen, H.; Sun, C. Recent Advances in Lithium-Rich Manganese-Based Cathodes for High Energy Density Lithium-Ion Batteries. Chem. Commun. 2023, 59 (59), 9029–9055. https://doi.org/10.1039/D3CC02195E.
(5) Guo, W.; Weng, Z.; Zhou, C.; Han, M.; Shi, N.; Xie, Q.; Peng, D.-L. Li-Rich Mn-Based Cathode Materials for Li-Ion Batteries: Progress and Perspective. Inorganics 2024, 12 (1), 8. https://doi.org/10.3390/inorganics12010008.
(6) Lithium Manganese Oxide - an overview | ScienceDirect Topics. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/lithium-manganese-oxide (accessed 2024-08-16).
(7) Leal, V. M.; Ribeiro, J. S.; Coelho, E. L. D.; Freitas, M. B. J. G. Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries as a Sustainable Solution to Obtain Raw Materials for Different Applications. J. Energy Chem. 2023, 79, 118–134. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.08.005.
(8) Martins, L. S.; Guimarães, L. F.; Botelho Junior, A. B.; Tenório, J. A. S.; Espinosa, D. C. R. Electric Car Battery: An Overview on Global Demand, Recycling and Future Approaches towards Sustainability. J. Environ. Manage. 2021, 295, 113091. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113091.
(9) Meng, Y.; Wang, Y.; Zhang, Z.; Chen, X.; Guo, Y.; Xiao, D. A Phytic Acid Derived LiMn0.5Fe0.5PO4/Carbon Composite of High Energy Density for Lithium Rechargeable Batteries. Sci. Rep. 2019, 9 (1), 6665. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43140-7.
(10) Lithium-ion Battery Market Size, Share, Growth & Industry Trends Analysis Forecast Report, 2032. https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/lithium-ion-battery-market-100123 (accessed 2024-08-16).
(11) GM Invests in AI and Battery Materials Innovator Mitra Chem. https://news.gm.com/public/us/en/gm/home/newsroom.detail.html/Pages/news/us/en/
2023/aug/0816-mitrachem.html (accessed 2024-08-16).