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電池設計でナトリウムはリチウムを置き換えられる

Sodium Could Replace Lithium in Battery Design

デンマークの研究者達は新しい電池を作るためにナトリウム、マンガン、そして他の材料との組み合わせを使った。

By Elizabeth Montalbano

https://www.designnews.com/ より

2020.03.10

　リチウムは、我々が毎日使っている多くの装置で使われる電池の主成分であるが、それは何時かなくなってしまう限られた資源である。科学者達が通常のリチウム・イオン電池を置き換えるために新しい化学と材料を探している主な理由の1つである。この課題を達成させるための1つの候補が地上と海洋に豊富にある資源のナトリウムに基づいた電池である。南デンマーク大学の研究者達がリチウム・イオン電池に変えられる可能性があるとして最近開発されたこの材料を使う新しい化学である。大学の物理・化学・薬学部教授のDorthe Bomholdt Ravnsbækが率いるチームはある日現在のリチウム・イオン設計と同等の性能と寿命を装置に与えるかもしれない変わった電極材料を活用した新しいナトリウムを使った電池を作った。Ravnsbækは電池設計でリチウムに優るナトリウムを使うための鍵となる利点の1つとして、特に海水中の直ぐに利用できるナトリウムを述べた。“リチウムは…世界で限られた場所でしか採鉱できない限られた資源である、”と彼女は言った。

　リチウム・イオン電池に優るナトリウムを使った電池のもう一つの利点は、リチウム・イオン電池で必要なコバルトを使用しなくてもよいことである。電池で今日使われているコバルトのほとんどはコンゴ民主共和国で採鉱されており、その鉱山の労働者－しばしば子供達－は恐ろしい条件で働いているので、コバルトを使わないと言う倫理的な理由がある。

材料の問題

　これらの不利益にもかかわらず、リチウムは電池用の最も信頼できて高性能材料の1つをまだ提供している。現在の設計と比較できるエネルギー貯蔵装置を作ることは、この目的のために現在使われないようにするかもしれない新しい材料を役立てるように研究者達を鼓舞してきた。これが間違いなくRavnsbækと彼女のチームの事例であった。彼等は効率的な電池設計をするのに役立つ鉄、マンガン、リンに基づく電極を使った。特にマンガンは電池の電圧と容量を改善する見込みを示した、と研究者達は言った。その材料は、電池性能を強める充放電中に原子レベルで起こる変換を大きく変える。反応結果は研究者達が予想したことではなかった、とRavnsbækは述べた。“同様の効果がリチウム・イオン電池でも見られたが、電極とナトリウム･イオンとの間の相互作用がリチウム・イオンのそれと非常に違っているので、ナトリウムを使った電池高価が保持されていることは非常な驚きである、”とは言った。チームはACS Applied Energy materials誌に彼等の研究を発表した。

　デンマーク・チームからの設計に対する1つの現在の限界は、それが大規模な電池に使えられるだけであることである、と研究者達は言った。この設計は移動装置には上手く適合しないかもしれないが、他の方法では上手く使える。この目的を達成するために、中国のチームはRavnsbækの設計の1つを既にテストしている－特に、600個以上のナトリウム･イオン電池をつないで作った巨大な100 kWhのリチウム・イオン電池である。その電池はYangtze River Delta Physics Research Centerの建物に電力を供給するために使われている。