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研究者達は実行可能なナトリウム電池を開発

Researchers Develop Viable Sodium Battery

By Washington State University’     2020.06.01

ワシントン州プルマン－ワシントン州立大学と北太平洋国立研究所(PNNL)の研究者達は、同じくらいのエネルギーを保持し、幾つかの市販リチウム・イオン電池の化学的性質と同様に機能するナトリウム･イオン電池を作り出し、豊富で安価な材料から潜在的に実行可能な電池技術を作った。

　チームは、ナトリウム･イオン電池のこれまでで最高の結果の１つを報告している。それは幾つかのリチウム・イオン電池と同様の能力を発揮でき、首尾良く再充電できる、つまり1,000回の再充電後その充電の80％以上を維持できる。WSUの機械材料工学科教授のYuehe LinとPNNLのシニア研究科学者であるXiaolin Liが率いる研究はACS Energy Letters誌に発表される。「これはナトリウム･イオン電池で主要な開発である。」とPNNLでこの研究を支援しているエネルギー省電気局のエネルギー貯蔵部長のImre Gyuk博士は言った。「多くの用途でリチウム・イオン電池をナトリウム･イオン電池で置き換えるための可能性については大きな関心がある。」

　リチウム・イオン電池は携帯電話、ラップトップ、そして電気自動車のような数多くの用途で使われているように至る所にある。しかし、それらはコバルトやリチウムのような材料から作られており、それらは希少で、高価でほとんどアメリカ以外にある。電気自動車や蓄電の需要が上昇してくるにつれて、これらの物質は入手が難しくなり、どうしてもますます高価になる。リチウムをベースにした電池も電力網エネルギー貯蔵に対する途方もなく増大する需要に合わせるには問題がある。他方、安価で豊富にあり海洋または地殻から補給されるナトリウムから作られるナトリウム･イオン電池は大規模エネルギー貯蔵用の有力な候補となる。残念ながら、それらはリチウム電池ほど多くのエネルギーを貯蔵できない。それらはまた、効果的なエネルギー貯蔵に要求される再充電で問題がある。最も有望な陽極材料の幾つかについての鍵となる問題は、陽極表面に形成される不活性なナトリウム結晶の層がナトリウム･イオンの流れを止め、その結果、蓄電できないことである。

　「鍵となる挑戦は、電池が高いエネルギー密度と良好な再充電寿命の両方を持つことである。」と論文の筆頭者であり現在ローレンス・バークレイ国立実験場にいるワシントン州立大学卒業生であるJunhua Songは言った。研究の一部として、研究チームは層状にした金属酸化物陽極と良好な相互作用を持った塩水を作り特別なナトリウム･イオンを含む液体電解質を創作した。彼等の陽極設計と電解質システムはナトリウム･イオンを連続的に移動させるようにし、不活性な表面ナトリウム結晶の形成を妨げ、妨害を受けないで発電できるようにした。「我々の研究は陽極構造変化と電解質との表面相互作用との間の基本的な相関関係を明らかにした。これらは層状陽極を持ったナトリウム･イオン電池についてこれまで発表された最良の結果であり、これはリチウム電池と比較できる実行可能な技術であることを示している。」とLinは言った。

　研究者達は電解質と陽極との間の重要な相互作用をより良く理解するために現在、研究中であり、改善された電池設計のための様々な材料で研究できる。彼等はまた、コバルトや他の比較的高価で希少な金属を使わない電池を設計したいと思っている。

　「本研究は実用的なナトリウム･イオン電池に向けての道と、他の種類の電池の電池化学と同様にナトリウム･イオン電池で将来コバルトを使わないまたは少ないコバルト陽極材料を開発できるかもしれない方法を明らかにする陽極－電解質相互作用について得た基本的な洞察を開いている。リチウムとコバルトの両方に対して実行可能な代替物を発見できれば、ナトリウム･イオン電池はリチウム電池と本当に競争できるようになる。」とSongは言った。

　「そして、それはゲームチェンジャーになる。」と彼は言い加えた。