24 10月 2019

【ニュース】蓄電池の新用途は「空飛ぶクルマ」 全固体電池・リチウム硫黄電池を搭載 | LIMO

・ 「空飛ぶクルマ」の実用化のため、次世代蓄電池の開発が活発化している。既存のリチウムイオン電池(LiB)ではエネルギー密度が低いため、長い航続距離が得られない
・ 空飛ぶクルマの蓄電池として期待されているのが、全固体電池とリチウム硫黄電池。国内外で開発競争が活発化
・ 実用化に向け、国内外の航空機大手やスタートアップが参入。世界市場は40年までに1兆5000億円規模に達すると予測されている
<元記事>https://limo.media/articles/-/14014

21 10月 2019

【論文紹介】Towards stable and efficient electrolytes for room-temperature rechargeable calcium batteries – Energy & Environmental Science

出典:https://pubs.rsc.org/

Energy & Environmental Science, 2019; DOI: 10.1039/c9ee01699f
・Karlsruhe Institute of Technology (KIT ) の研究者によるカルシウムイオン電池の電解液に関する報告。
・これまで報告されているカルシウムイオン電池は、ほとんどが高温での動作であり、室温で充放電した報告は殆どない。
・今回、著者らは、、室温で可逆的なCa析出、4.5 Vまでの高い酸化安定性、> 8 mS/cmの高いイオン伝導性を示す新規nなテトラキス(ヘキサフルオロイソプロピルオキシ)ホウ酸カルシウムCa [B(hfip)4] 2ベースの電解質を開発した。
<元記事>https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C9EE01699F#!divAbstract

カルシウム電池といえば、NTTの基礎研で長いこと取り組んでいたが、今もやっているのであろうか。
多価イオン電池の問題は、有望な活物質がないことである。それを得るには、Liイオン電池の延長ではない考えが必要なのかもしれない。

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20 10月 2019

【ニュース】三戸出身の湊京大准教授が新電池研究でドコモ賞(東奥日報) – goo ニュース

・湊丈俊・京都大学特定准教授(41)が、本年度のドコモ・モバイル・サイエンス賞の基礎科学部門優秀賞(最高賞)に輝いた。
・移動通信に関する先端研究者に与えられる賞。
・湊准教授はスマートフォンなどに用いる次世代電池「フッ化物イオンシャトル2次電池」の電極反応を世界で初めて実証し、電池の革新技術の基盤になり得ると評価された。
<元記事>https://news.goo.ne.jp/article/toon/region/toon-20191018191914.html

企業主催の賞で一番有名なのはIBMであろうか。日本企業も真似てはいるもののあまり目立っていない。自社に関係あるものを選ぶ傾向にあり、それがいけないのかもしれない。

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19 10月 2019

【ニュース】東北大ら、白金を使わない酸素還元触媒の作製に成功 ~燃料電池製造の低コスト化に期待 – PC Watch

・東北大学学際科学フロンティア研究所、同材料科学高等研究所、同大学院環境科学研究科、北海道大学電子科学研究所および電気通信大学大学院情報理工学研究科からなる研究グループは、白金を用いない高活性な酸素還元触媒の作製に成功した。
・今回研究グループでは、顔料などに用いられる「鉄フタロシアニン系有機金属錯体」に着目。
・鉄原子を4つの窒素原子で囲んだ金属錯体構造を中心とした生体分子「ヘム」に類似した構造を持っており、中心の鉄原子が触媒活性点として機能する。
・これを炭素材料の表面に単分子状で修飾すると、非常に活性の高い酸素還元反応特性を示すことが分かった。
・さらに、「鉄アザフタロシアニン」を使用することで白金以上に高い触媒活性を示すことを発見。これによって得られた触媒電極は、白金を用いたものと比べて高耐久で、かつメタノール耐性を持つことも分かった。これらの高活性化については、理論的な解析にも成功している。
<元記事>https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1213514.html

自動車用途であれば、車両の回収やリサイクル視点で白金を使いたい。触媒が安価だと、回収率が下がり、リサイクルではなく焼却になってしまう。もし、自動車用途を意識しているのであれば、産業の構造を理解することも重要である。

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02 10月 2019

【論文紹介】A ZIF-67-derived–sulfur sandwich structure for high performance Li–S batteries

出典:https://aip.scitation.org/

APL Materials 7, 091115 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5122819
・北京工科大学(BIT)の研究者による、LiS電池用の硫黄正極の課題であるポリスルフィドのシャトル抑制手法を提案。
・金属有機構造体(MOF)であるZIF-67で硫黄のサンドイッチ構造の正極を作製。
・MOFが硫黄の溶出を抑制するだけでなく、電気伝導性を向上させるため、より速い反応速度で、且つ、ポリスルフィドのシャトルを抑制できる。
・作製した硫黄正極は、 1158.1 mAh/gの初期容量を実現し、300サイクル後にも715 mAh/gを維持することを確認。
<元記事>https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5122819

29 9月 2019

【論文紹介】A Long‐Cycle‐Life Lithium–CO2 Battery with Carbon Neutrality – Ahmadiparidari – – Advanced Materials

出典:https://xpic.x-mol.com/

Advanced Materials, 2019; 1902518 DOI: 10.1002/adma.201902518
・リチウム二酸化炭素電池についての報告。
・リチウム二酸化炭素電池は、リチウムイオン電池の7倍以上の理論エネルギー密度を持つため、注目されているが、可逆的に高効率で充放電を繰り返したプロトタイプは報告されていない。
・今回、シカゴのイリノイ大学の研究者らは、最大500回の連続充放電サイクルで動作するリチウム二酸化炭素電池のプロトタイプのテストに成功した。
・炭酸リチウム電池を放電すると、炭酸リチウムと炭素が生成される。充電段階で炭酸リチウムは再利用されるが、炭素は触媒上に蓄積するだけで、バッテリーの容量劣化につながる。
・炭素の蓄積は、触媒の活性部位をブロックし、二酸化炭素の拡散を防ぐだけでなく、充電状態で電解質の分解を引き起こす。
・著者らは、電解液にイオン液体/ジメチルスルホキシドを用いて、カソード触媒としてMoS2ナノフレークを使用することで、この問題が改善されることを見出した。
・これにより、これまで報告されているリチウム二酸化炭素電池の中では最も良好なサイクル安定性を確認した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201902518

話は逸れる。触媒は様々な分野で使用され、生活を支えるのに欠かせない。どうも最近研究対象として人気がないようである。研究は20年ぐらいのスパンで盛衰が繰り返される。ナノテクで触媒は注目されていた。そろそろ20年経つので何か面白いものが出てくるかもしれない。最近、ハーバーボッシュ法に代わるものを発表していたが、結局評価はどうだったのであろうか。

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30 8月 2019

【ニュース】世界初の充電可能な「鉄イオン電池」が開発される、高エネルギー効率でリチウムイオン電池より安全 – GIGAZINE

・インド工科大学マドラス校の研究者たちが新たに鉄イオン電池を開発したと発表した。
・鉄は他の金属に比べより安価で、イオン半径がリチウムイオンと同程度に小さく、酸化還元電位がリチウムイオンよりも高いというメリットが存在するが、これまで充電式の金属イオン電池の材料としては見逃されてきたとのこと
・開発された鉄イオン電池は、片方の電極に金属酸化物を、もう1つの電極に軟鋼が使用されたもの。このデザインによりチームはリチウムイオン電池の60%のパフォーマンスを生み出すことに成功した。
・鉄は充電中にデンドライト(樹枝)状にならないため、短絡が起こりにくいと研究者は述べています。このため、リチウムイオン電池に比べてコスト効率が高く、ショートなどの危険性が低くなる
・この研究は鉄が多価イオンの電荷キャリアとして使用できることを証明した始めてのもの。
<元記事>https://gigazine.net/news/20190827-iron-ion-battery/

研究としては面白いのではないだろうか。アニオンカチオン様々なイオンを動かして電池にする研究が増えてきた。
価数の大きなキャリアを使うことを重量エネルギー密度でメリットとする研究が多いが、価数が高いことで生じるクーロン力を加味すると、そのメリットを実現するには厳しい現実がある。

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28 7月 2019

【論文紹介】Designing a safe electrolyte enabling long‐life Li/S batteries

ChemSusChem doi: 10.1002/cssc.201901770
・LiS電池用の電解液添加剤としてイオン液体Py1,4 TFSIを用いた。
・Py1,4 TFSIはリチウム金属表面のSEIを安定化させ、また、溶媒の燃焼性を低下させる。
・さらに、Py1,4 TFSI添加剤を用いたLiS電池では、溶出したSの負極上の堆積を減少させる効果が認められた。
・同様の効果が報告されている添加剤としてLiNO3が知られているが、LiNO3は消費型の添加剤であり、特に定電流で消費されるため、サイクル寿命はLiNO3濃度に依存する。
・高硫黄質量負荷(4 mg/cm-2)のLi / S電池は、LiNO3添加剤を使用する電池の2倍以上の600 mAh g -1の安定した容量を示した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cssc.201901770

根本的な解決というよりは、劣化を遅らせるといったようなイメージであろうか。
電池は全く劣化させないというのは困難である。目的の用途に合わせて、許容できる劣化に抑えられるように設計して製品を作っている。
研究では、独特の条件で行なっているのもが多い。もう少し製品を見据えた条件で行えば、開発側の目に止まって実用化が見えてくることもあるかもしれない。

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24 7月 2019

【ニュース】次世代蓄電池の大本命?リチウム硫黄電池がついに実用化 ドローン、無人飛行機、EVなどに搭載

・次世代蓄電池のなかで、大きな期待を集めているのがリチウム硫黄電池(LiSB)。
・低コスト化、それにLiB以上の高エネルギー密度化が実現できる。
・OXIS Energy(英オックスフォードシャイア)のように生産計画を進めているメーカーもある。
・最大の課題は、少ないサイクル回数。
・国内では国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)の産官学プロジェクト「先端的低炭素化技術開発 次世代蓄電池(ALCA-SPRINGS)」で研究開発が活発に行われている。
<元記事>https://limo.media/articles/-/12299

サイクルは極端な事を言えばLIS電池の場合、割り切って諦めればいいのではないだろうか。本当の課題は、用途に合わせたシステムを設計した場合、メリットが出せるかどうかではないだろうか。加温が必要であった出力が足りないなど、そちらの方が実用化には課題が多いと思う。

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09 6月 2019

【論文紹介】Customizing a Li–metal battery that survives practical operating conditions for electric vehicle applications

出典:https://pubs.rsc.org/

Energy Environ. Sci. doi: 10.1039/C9EE00716D
・急速充電が可能なリチウム金属電池に関する報告。
・金属負極にLiNO3による前処理を行い、Li2Oリッチ層を賦与。
・電解液はEMC,FECの混合物に1MのLiPF6、0.05MのLithium difluorooxalatoborate (LiODFB)を用いた。
・正極はAlをドープしたLi[Ni0.75Co0.10Mn0.15]O22
・この構成のリチウム金属電池は、4.1mAh/cm2の電流でフル充放電が可能。
・パウチ型セルで500サイクル後の維持率が90%であることを確認。
<元記事>https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C9EE00716D#!divAbstract

入出力特性をグラファイト並みにするのは、何かして表面積を上げなければならない。そうすると違った課題が出てくる。
金属Li負極はこのような表面処理を用いた場合、入出力特性が必要なく、容量が求められる用途向きだろう。

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