塩電池の設計は、電気自動車がさらなる一歩前進のために道路の凸凹を克服する
Salt Battery Design Overcomes Bump in the Road to Help Electric Cars Go the Extra Mile
ScienceDaily
Source: University of Nottingham 2021.02.01
キー成分として塩を使い、中国とイギリスの研究者達は道路上でより環境に優しい電気輸送への移行を加速させる可能性のある新しいタイプの充電式蓄電池を設計した。
多くの電気自動車は充電式リチウム・イオン電池によって走るが、時間経過でエネルギーと出力を失う。いくつかの条件下で、そのような電池は作業中または充電中に過熱する可能性があり、それにより電池寿命も低下し、充電当たりのマイル数も減る。これらの問題を解決するために、ノッティンガム大学は、固体酸化物燃料電池と金属空気電池を組み合わせた性能メリットを持った革新的で手頃な価格のエネルギー貯蔵装置を開発するために中国の6ヶ所の科学研究機関と共同研究している。新しい電池は電池寿命の範囲を大幅に拡大する可能性があり、完全にリサイクル可能で、環境的に優しく、低コストで安全である。
固体酸化物燃料電池は化学反応の結果として水素と酸素を電気に変える。それらは燃料からエネルギーを抽出するのに非常に効率的である一方で、耐久性があり、低コストでより環境に優しく生産できるが、再充電できない。一方、金属空気電池は電気を発生させるために空気中にある酸素と鉄のような安い金属を使う電気化学電池である。充電中にそれらは大気中に酸素だけを放出する。あまり耐久性ではないが、これらの高エネルギー密度電池は再充電でき、リチウム・イオン電池と同等の多くの電気を貯蔵し、放出するが、はるかに安全で、安価である。
初期の研究段階では、研究チームは電気伝導度のために－熱によって活性化される－電解質の種類として溶融塩を使う高温の鉄空気電池設計を調査した。安価で不燃性の溶融塩は電池に印象的なエネルギー貯蔵と電力能力、および長いライフサイクルを与えるのに役立つ。しかし、溶融塩も不利な特性を持っている。ノッティンガム大学研究がリードしており、ジョージ・チェン教授は言った：「極端な高温では溶融塩は非常に腐食性となり、揮発性となり、蒸発または漏れる可能性がある。そのことは電池設計の安定性と安定性に挑戦することである。これらの電解質特性を微調整して電池性能を向上させ、電気輸送で将来の使用を可能性にするために緊急の必要があった。」
研究者達は固体酸化物ナノ粉末を使って溶融塩を軟質固体塩に変えて今や技術を上手く改善した。中国科学アカデミー上海応用物理研究所のJianqiang Wang教授はこの共同プロジェクトのリーダーで、この準固体電解質は800℃で運転される金属空気電池に適していることを予言した；それは高温の操業温度で生じる溶融塩の蒸発と流動性を抑制するからである。
中国科学アカデミー上海応用物理研究所のプロジェクト共同者のCheng Pengもこの実験研究の独特で有用な設計内容を説明している。この準固体は溶融塩電解質で固定する構造的な障害物として作用しながら、それでもそれらが極度の高温下で安全に電気を伝えることを可能にする固体酸化物粒子の柔軟に接続されたネットワークを構築するためにナノテクノロジーを使って達成された。
ノッティンガム大学溶融塩電解質実験室を率いているChen教授は、チームの「有望な結果」が高い安定性と安全性を持った低コストで高性能溶融塩金属空気電池を設計するより簡単でより効率的なアプローチを達成することに役立つだろう。彼は付け加えている、「溶融塩鉄酸素電池は新しい市場に大きな潜在的用途を持っている。その中には送電および家庭や蓄電網で革新的な蓄電解決策を要求する再生可能なエネルギーがある。電池はまた、原則として電気と同様に太陽熱を蓄えられ、それらは家庭用と産業用のエネルギー需要の両方にとって非常に望ましい。溶融塩は現在、スペインと中国で太陽熱を捕捉し貯蔵するために大規模に使用されており、太陽熱は電気に変換される。当社の溶融塩金属空気電池は1つの装置で2つの役割を果たす。」
