再生可能エネルギーのための水性電池のステップアップ
Water-Based Battery a Sep Up for Renewable Energy
By Manickam Minakshi-Sundaram and Danielle Meyrick
The Conversation September 19, 2012
我々の持続可能な生活に向けて取り組むとき、エネルギー貯蔵は非常に重要になる。風力発電や太陽光発電からの大量の電気を蓄える費用対効果の高い方法を開発することは、我々の主要なエネルギー源として化石燃料から再生可能エネルギーへの転換に不可欠である。これらの技術が発展し、それらへの依存度が高まるにつれて、充電式エネルギー貯蔵機能の必要性が高まる。風力や太陽光で発生した電気はオーストラリアを含めて多くの国で人気が高まっているけれども、これらの自然電源は断続的なエネルギーである。したがって、エネルギー貯蔵システム(電池など)は電力網で必要になるまで、エネルギーを貯蔵する必要がある。
水性ナトリウム電池は再生可能エネルギーからの電力を貯蔵するための手頃で安全なオプションである。風力発電や太陽光発電をバックアップできる高エネルギー密度電池(大容量貯蔵)は通常、多くのエネルギーを蓄えられない。それらは歴史的に鉛－酸(Pb-酸)化学に基づいていた。陽極として、鉛蓄電池は放電の深さに応じて最大10年続くことが知られている(通常の放電であれば、より長く使え、異常放電は寿命を縮める)。しかし、それらは毒性の高い電極を採用しており、電解質として非常に腐食性の硫酸を使っており、わずかなエネルギー密度しか提供しない。
これらの問題は鉛蓄電池を交換する重要な必要性を浮き彫りにする。しかし、代替電池の化学的性質の高コストと安全性の問題は重大な挑戦となる。リチウム・イオン電池は１つの持続可能な代替品であるが、性能、安全性、コストとの間の交換条件はその有用性を大幅に妨げている。リチウム電池は比較的穏やかに使用(例えば、完全に放電されない)されれば、サイクル寿命を延ばせる。これは、価格に対してエネルギー密度が不十分であることを意味する。リチウム電池の電解質は幾つかの問題がある：毒性で可燃性であり、他の安全性の問題もある。また高価で、リチウム電池の製造コストは高い事を意味する。
安全性に関して、水性電解質はこの分野で自然な選択である。水は有機溶媒よりも安く、廃棄や安全性の問題も少なくなる。水性電解質のイオン誘導度は有機性電解質のそれよりも２桁大きい。これは比較的高い放電速度(電池をより頻繁に全放電させる)とさせ、水性電解質の高い導電性のために比較的低い電圧低下を起こす。水性電池は電力網の安全化などの陸上使用で特に興味深い。これらの状況下では、軽量で大容量はそれほど重要ではない。
水性ナトリウム電池の他の優位性は、ナトリウムが世界中に多くあり、リチウム資源よりも低コストであることである。室温で作動し、調理用塩の成分であるナトリウム･イオンを使う。ナトリウム･イオン電池は発電分野で置き換えられる有力なエネルギー貯蔵装置である。マードック大学の特許であるこの新しい概念は装置製造でリチウムをナトリウム成分に置き換え、その結果、環境により優しいシステムになる。電池は4倍のエネルギー増加を提供し、一方、通常の方法はせいぜい1倍の増加しか望めない。
この研究の重要な結果はより清浄な電力システム－手頃な貯蔵に対する最大の技術的課題の１つに対処することである。その結果は再生可能エネルギーを貯蔵する能力を高め、それにより天然ガス発電所への依存を減らす。
オーストラリアは合理化された電力供給システムを持ち、その発電と貯蔵に管理して地域社会への利益を最大化できる。これは効率を高め、エネルギー生産のコストを削減し、風力発電や太陽光発電などの断続的なエネルギー源の使用を容易にするために行われる。
