電気自動車をさらに遠くまで走らせるのを助ける道路の「隆起」を塩水電池の設計は乗り越える
Salt Battery Design Overcomes ‘Bump’ in the Road to Help Electric Cars Go the Extra Mile
By University of Nottingham
https://techexplor.com/ より 2021.02.01
クアシ・ソリッド・ステイト(QSS)溶融塩電解質とQSS溶融塩の構造 ir…
主成分として塩を使って、中国とイギリスの研究者達は、道路の環境に配慮した電気輸送への移行を加速させる新しいタイプの充電式電池を設計した。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動力を供給されるが、時間経過に伴ってエネルギーと力を失う可能性がある。幾つかの条件下では、そのような電池は使用中あるいは充電中に過熱し、それにより電池寿命を短くし、充電当たりの走行距離を減らす。
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の組み合わせ性能メリットを用い革新的で手頃なエネルギー貯蔵法を開発するために中国中の6科学研究所と共同研究している。新しい電池は完全にリサイクル可能で、環境に優しく、低コストで安全であることで、電気自動車の範囲を著しく広げた。
固体酸化物燃料電池は水素と酸素の化学反応の結果として電気に変える。それらは燃料からエネルギーを抽出する効率が高く、耐久性があり、低コストで、より環境に優しい製品であるが、再充電できない。一方、金属空気電池は鉄のような安い金属と空気中の酸素を使い電気を発生させる電気化学電池である。充電中に酸素を大気中に放出させるだけである。耐久性は高くないが、これらの高エネルギー密度電池は再充電でき、リチウム・イオン電池と同じくらい多くの電気を蓄え放出できるが、ずっと安全で安い。
初期の研究段階で、研究チームは電気伝導度のために−熱で活性化される−電解質の種類として溶融塩を使った高温、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能力 と電力能力および長い寿命を与えるのに役立つ。しかし、溶融塩は悪い特性も持っている。ノッティンガム大学の研究を率いているジョージ・チェン教授は言った：「高い熱で溶融塩は激しく腐食し、揮発性があり、蒸発または漏れる可能性がある。そのことは電池設計で安全性と安定性に挑戦している。これらの電解質の特性を微調整して電池性能を向上させ、将来的に電気輸送に使えるようにすることが急務であった。
研究者達は固体酸化物ナノ粉末を使って、溶融塩を軟らかい固体塩に変えることによって現在、上手く技術を改善してきた。この共同プロジェクトを率いている中国科学院上海応用物理学研究所のJianqiang Wang教授は、この準固体(QSS)電解質は800℃で作動する金属空気電池用に適している；それは、そのような高い動作温度で発生する可能性のある溶融塩の蒸発と流動性を抑制するためである。
プロジェクト共同研究者である中国科学院上海応用物理学研究所のCheng Peng博士はこの実験研究のユニークで有用な設計の側面を説明している。ナノテクノロジーを使用して溶融塩電解質を閉じ込める構造的バリアとして機能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ことで、極端な熱の中でも安全に電気を通せるように準固体化は達成された。
ノッティンガム大学で溶融塩電気分解実験室を率いているChen教授は、チームの「奨励される結果」は安定性と安全性の高い低コストで高性能の溶融塩空気電池を設計するための、より簡単で効率的なアプローチを確立するのに役立つ。彼は付け加えている「修正された溶融塩鉄−酸素電池は、我々の家庭や配電網レベルで革新的な蓄電解決策を要求する電気輸送と再充電できるエネルギーを含めて、新しい市場に大きな可能性のある用途を持っている。この電池はまた原理的に太陽熱と電気を蓄えることができ、家庭用と産業用のエネルギー・ニーズ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らえて電気に変えるために大規模に使われている−我々の
溶融塩金属空気電池は1つの装置で2つの仕事をできる。」
「充電できる高温溶融塩鉄−空気電池用の準固体電解質」の結果の概要を述べたが、論文全体はEnergy Storage Materials誌に発表されている。
