14年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) チューブの中を泡立つ 1970 色の液体: これが未来のバッテリーの姿でしょうか? エンパの研究者デイビッド・レーバー氏は、スイス国立科学財団（SNSF）からのアンビツィオーネ助成金の支援を受けて、今後XNUMX年間でこの疑問に答えることに着手した。 いわゆるレドックスフロー電池は XNUMX 年代から知られています。 従来のリチウムイオン電池とは異なり、固体電極ではなく、液体電解質溶液が入ったタンクにエネルギーを蓄えます。 充電と放電のプロセスはタンク自体では行われません。 代わりに、電解質は電気化学セルを介してポンプで送られます。 液体バッテリーは、携帯電話、ラップトップ、自動車には実用的ではありません。 しかし、これらは定置型ストレージ ソリューションとしては非常に有望です。 エネルギーは実際のセルの外部に保存されるため、フロー電池はシンプルで的を絞ったスケーリングの恩恵を受けることができます。 電気化学セルが大きくなるとバッテリーの充電と放電が速くなり、電解質タンクが大きくなるとより多くのエネルギーを蓄えることができます。 「再生可能エネルギーの利用が増えるにつれ、都市部であっても大規模なエネルギー貯蔵が必要になるでしょう」とレバー氏は言う。 フロー電池のもう一つのポイント：水ベースの電解液を使用すると、従来のリチウムイオン電池とは異なり、基本的に不燃性になります。
フローバッテリーは、充電プロセスをエネルギー貯蔵から分離します。 (画像: Empa) Reber 氏は現在、Empa のエネルギー変換材料研究室での研究において、珍しいアプローチでこの問題を正確に解決したいと考えています。 フロー電池に関するプロジェクトのほとんどは蓄電材料の溶解性の向上に焦点を当てていますが、彼はエネルギー貯蔵を電解質溶液から完全に分離したいと考えています。 「私のビジョンは、一種のフロー電池とリチウムイオン電池のハイブリッドを開発することです」と彼は言います。 これを実現するために、Reber 氏は、携帯電話のバッテリーに使用されているような固体蓄電材をフローバッテリーのタンクに追加したいと考えています。 「溶解した物質と固体の貯蔵物質が正確に一致していれば、相互にエネルギーを伝達することができます」とレーバー氏は詳しく説明します。 「これにより、フロー電池の拡張性と、固体蓄電材料を使用した電池の高エネルギー密度を組み合わせることが可能になります。」
外部委託されたエネルギー密度
それにもかかわらず、その技術はまだ普及していません。 レーバー氏は主な問題点を知っている。「フロー電池のエネルギー密度は、固体蓄電材料で作られた電池に比べて約XNUMX倍低い」と説明する。 電解質に溶解できる蓄電材料が多ければ多いほど、フロー電池のエネルギー密度は高くなります。 「しかし、高濃度では溶液の粘度が高くなり、細胞内に溶液を送り込むためにより多くのエネルギーが必要になります」と研究者は言う。
フローバッテリーは、充電プロセスをエネルギー貯蔵から分離します。 (画像: Empa) Reber 氏は現在、Empa のエネルギー変換材料研究室での研究において、珍しいアプローチでこの問題を正確に解決したいと考えています。 フロー電池に関するプロジェクトのほとんどは蓄電材料の溶解性の向上に焦点を当てていますが、彼はエネルギー貯蔵を電解質溶液から完全に分離したいと考えています。 「私のビジョンは、一種のフロー電池とリチウムイオン電池のハイブリッドを開発することです」と彼は言います。 これを実現するために、Reber 氏は、携帯電話のバッテリーに使用されているような固体蓄電材をフローバッテリーのタンクに追加したいと考えています。 「溶解した物質と固体の貯蔵物質が正確に一致していれば、相互にエネルギーを伝達することができます」とレーバー氏は詳しく説明します。 「これにより、フロー電池の拡張性と、固体蓄電材料を使用した電池の高エネルギー密度を組み合わせることが可能になります。」
求めているもの: 適切な素材
しかしその前に、研究者は、エネルギー交換を可能にし、同時に長期間にわたって安定性を維持できる、適切な材料のペアを見つける必要があります。 「理想的には、レドックスフロー電池は約 20 年間動作できるはずです」と彼は言います。 一対の材料が互いに適合するかどうかは、その物質の酸化還元電位として知られる値、つまり、どのような電圧で電子を供与または受容するかによって決まります。 「すでにいくつかのペアの候補が頭の中にあります」とレーバーは言います。 そして、有望なペアが完全に一致しない場合、その酸化還元電位は特定の化学的微調整で操作できます。 レーバー氏のアイデアの XNUMX つは、溶解した貯蔵物質としてキレート、つまり金属イオンの周りを「包み込む」マルチアームの有機分子を使用することです。 有機分子（リガンド）が持つ腕の数に応じて、酸化還元電位が変化します。 レバー氏は、コロラド大学ボルダー校のポスドク期間中にすでにキレートベースのレドックスフロー電池の研究を行っており、その功績により、XNUMX月にヨーテボリで開催される電気化学学会年次総会で名誉ある電池部門ポスドク賞を受賞する予定です。 レベル氏は、XNUMX 年間の Ambizione 資金調達期間の終わりに、追加の固体ストレージを備えた、十分に機能するバッテリーを手に入れたいと考えています。 「このアプローチが機能すれば、潜在的な用途は非常に多様になります」と彼は言います。 たとえば、柔軟なフォームファクターを備えたコンパクトなフロー電池は、都市部に統合するのがはるかに簡単になります。 「必要なのはポンプと数本のパイプだけです」と研究者は付け加えた。- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64048.php
