エネルギー危機の解決：知っておくべき5つの電池技術
Solving the Energy Crisis: 5 Battery Technologies You Should Know about
By Aimee Sanders
https://batteryhub.deakin.edu.au/ 2024.08.23
世界が化石燃料から排出ガスのない電気へと移行するにつれ、より安全で耐久性の高い電池の開発がますます重要になっている。しかし、使い捨ての電池は膨大な廃棄物と有害な環境影響を生み出す可能性がある。
ディーキン大学先端材料研究所の電池研究イノベーション・ハブでは、循環型経済に向けて廃棄物の削減と電池システムの再利用を目指し、代替電池技術に関する重要な研究を行なっている。
ここでは、未来を動かす可能性のある5つの主要な代替電池技術を紹介する。
1. 先進的なリチウム・イオン電池
リチウム・イオン電池は、携帯電話からワイヤレス・ヘッドフォン、おもちゃ、工具、電気自動車まで、我々が日常的に使用するほぼすべての電気製品に使用されている。しかし、電解質によって引き起こされる安全性に関して深刻な疑問が提起されている。
電池研究イノベーション・ハブでは、当社の専門家がより安価で信頼性の高い電池技術を設計し、より安全な次世代の固体リチウム・イオン電池の提供を可能にすることを目指している。当社の独自の施設では、電池の性能を低下させることなく、より安全な電解質材料をリチウム・システムに組み込む方法を研究している。
利点：充電は安全かつ高速で、長持ちし、エネルギー密度が高く、再充電可能である。
用途：電話、おもちゃ、ワイヤレス・ヘッドフォンなどの小型電気製品から、電気自動車、電動スクーター、太陽光発電電池などの大型製品まで。
2．ナトリウム･イオン電池
ナトリウム･イオン電池は、リチウム・イオン電池の有望な代替品である。より安価で安全、リサイクルも簡単である。地殻で4番目に豊富な元素であるナトリウムは、リチウムの10,000倍も存在し、入手しやすく、手頃な価格である。さらに、ナトリウム･イオン電池は他の種類の電池とは異なり重金属を使用しないため、環境への影響が少なく、リサイクルも簡単である。
電池研究イノベーション・ハブでは、Pouch Cell Facilityなどの高度な施設を使用して、製造規模を拡大し、商業化の準備ができるポーチセル技術を設計、開発、テストしている。
また、ナトリウム電池内の新しい電極および電解質材料に関係する化学についても調査しており、電池の性能向上と循環型経済への注目度の向上に重点を置いている。この研究により、低可燃性で熱的および電気化学的に安定した特性を持つ新しい電解質が開発され、長期の電池サイクルが可能になった。
利点：ナトリウムは地殻で4番目に豊富な元素であるため、世界中で不足している一般的なリチウムよりも手頃な価格である。ナトリウム･イオン電池は製造に重金属を必要としないため、サイクルが容易で、環境への影響が少なくなる。
用途：送電網規模の発電所などの固定用途や、電動スクーターや電気バスなど、長距離を移動する必要のない輸送手段。
3．固体電池
電気自動車市場が拡大するにつれ、より安全で、充電が速く、長持ちする電気自動車用電池のニーズも高まっている。固体電池は、現在の技術で使用されている電池部品に劇的な変化をもたらすことで、これらのニーズに対応する大きな可能性を示している。
より一般的な電池タイプで使用される液体電解質とは対照的に、固体電池はイオン伝導体として熱的に安定した固体電解質を使用する。固体ポリマー電解質などの固体電解質は不燃性で非流動性であるため、発火や延焼のリスクが低く、可燃性の液体電解質が使用されているリチウム・イオン電池よりもはるかに安全なエネルギー貯蔵オプションを提供する。
利点：固体電解質は、リチウム・イオン電池が耐えられない高温でも特に広範囲の温度で動作できる。一部の固体電解質は、従来の液体電解質よりも高速でイオンを移動できる。
用途：電気自動車、エネルギー貯蔵システム、ノートパソコンやスマートフォンなどの家電製品、60～200℃の高温で動作可能な電池などのニッチな用途、航空宇宙。
4．フロー電池
今後数年間、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源が従来の電力網をますます支配するようになるであろう。これらのエネルギー源は晴れたり風が吹いたりしたときにしか発電できないため、信頼性の高い電力網を確保するには、電力が豊富なときに蓄電し、そうでないときに後で送電する何らかの手段が必要である。
フロー電池は、このタスクに有望な技術であることが証明されている。フロー電池には電子が一方から他方へ移動する電気化学反応を起こす2つの物質が含まれている。現在、最も広く使用されているのはバナジウムである。
フロー電池は数百時間のエネルギーを蓄えることができ、長寿命と低コストの可能性を秘めている。オーストラリア初の商用バナジウム・フロー電池の建設は、2023年6月に完了した。
利点：手頃な価格、長寿命、安全。
用途：再生可能エネルギー送電網のエネルギー貯蔵。
5．金属空気電池
金属空気電池は、理論上は容量が大きいことから、長い間研究の焦点となってきた。亜鉛は豊富に存在するため、金属空気電池の理想的な要素である。
充電式亜鉛空気電池は、活性物質が酸素であるため、理論上のエネルギー密度が大きいことが証明されている。亜鉛と酸素のこの組み合わせにより、これらのデバイスの製造は、大規模送電網規模のエネルギー貯蔵システムや場合によっては急速充電電気自動車に実現可能になる。
これに加えて、充電式亜鉛空気電池は、小型ドローンなどのフレキシブル電子デバイスに最適である。
電池研究イノベーション・ハブで行なわれた研究では、亜鉛の長期サイクルをサポートする低コストで環境に優しい非水性電解質が発見され、充電式亜鉛空気電池の有望な候補となっている。
利点：亜鉛は、電池技術にとって安全で低コストの要素である。亜鉛空気電池は軽量で柔軟性があり、長持ちし、エネルギー密度も大きい。
用途：亜鉛空気電池は時計や補聴器に使用されている。充電式空気亜鉛電池は、大規模送電網エネルギー貯蔵システム、電気自動車、小型ドローンなどのフレキシブル電子機器への応用が期待されている。
