酸素

Dec 06, 2023

ウィーン工科大学、ウィーン、オーストリア

リチウムイオン電池は現在、電気自動車からスマートフォンに至るまで至るところに普及しています。 しかし、それがすべてのアプリケーション分野にとって最適なソリューションであるという意味ではありません。 TU Wien は、いくつかの重要な利点を備えた酸素イオン電池の開発に成功しました。 リチウムイオン電池ほど高いエネルギー密度は得られませんが、その蓄電容量は時間の経過とともに取り返しのつかないほど減少するわけではありません。再生できるため、非常に長い耐用年数が可能になる可能性があります。

また、酸素イオン電池は希少元素を使用せずに製造でき、不燃材料でできています。 この新しい電池のアイデアについては、スペインの協力パートナーとともに特許出願がすでに行われている。 酸素イオン電池は、再生可能資源からの電気エネルギーを貯蔵するなど、大規模エネルギー貯蔵システムにとって優れたソリューションとなる可能性があります。

ウィーン工科大学化学技術分析研究所のアレクサンダー・シュミット氏は、「私たちは燃料電池に使用できるセラミック材料についてかなり長い間経験を積んできた」と語った。 「そこで、そのような材料が電池の製造にも適しているかどうかを調査するというアイデアが生まれました。」

ウィーン工科大学のチームが研究したセラミック材料は、二重にマイナスに帯電した酸素イオンを吸収および放出することができます。 電圧が印加されると、酸素イオンはあるセラミック材料から別のセラミック材料に移動し、その後再び移動して元に戻ることで電流が発生します。

「基本原理は実際にはリチウムイオン電池と非常に似ています」とユルゲン・フライグ教授は語った。 「しかし、私たちの材料にはいくつかの重要な利点があります。」 セラミックは可燃性ではないため、リチウムイオン電池で何度も発生する火災事故は事実上排除されます。 さらに、高価な、または環境に有害な方法でしか抽出できない希少元素は必要ありません。

「この点において、セラミック材料の使用は非常にうまく適応できるため、大きな利点となります」とトビアス・フーバー氏は言います。 「入手が難しい特定の要素を、比較的簡単に他の要素に置き換えることができます。」 バッテリーのプロトタイプには依然としてランタンが使用されています。ランタンは、決して珍しいわけではありませんが、完全に一般的でもありません。 しかし、ランタンさえもより安価なものに置き換えられる予定であり、その研究はすでに進行中である。 多くの電池に使用されているコバルトやニッケルは一切使用しておりません。

しかし、おそらく新しい電池技術の最も重要な利点は、その潜在的な寿命です。「多くの電池では、ある時点で電荷担体が移動できなくなるという問題があります」とアレクサンダー・シュミット氏は言う。 「そうなると、発電に使用できなくなり、バッテリーの容量が減少します。何度も充電サイクルを繰り返すと、深刻な問題になる可能性があります。」

しかし、酸素イオン電池は問題なく再生できます。副反応によって酸素が失われた場合、その損失は周囲の空気からの酸素で補うことができます。

新しい電池コンセプトは、スマートフォンや電気自動車を対象としたものではありません。酸素イオン電池は、これまで使用されてきたリチウムイオン電池のエネルギー密度の約 3 分の 1 しか達成できず、200 °C ～ 400 °C の温度で動作するためです。 。 しかし、この技術はエネルギーを貯蔵する上で非常に興味深いものです。

「たとえば、太陽エネルギーや風力エネルギーを一時的に蓄えるために大規模なエネルギー貯蔵ユニットが必要な場合、酸素イオン電池は優れたソリューションとなる可能性があります」とアレクサンダー・シュミット氏は述べた。 「建物全体をエネルギー貯蔵モジュールでいっぱいに構築する場合、エネルギー密度の低下や動作温度の上昇は決定的な役割を果たしません。しかし、そこでは当社のバッテリーの強みが特に重要になります。それは、長い耐用年数、大容量の電池を生産できる可能性です。希少元素を含まないこれらの材料が大量に含まれていること、そしてこれらのバッテリーには火災の危険がないという事実です。」

詳細については、Florian Aigner までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。 表示するには JavaScript を有効にする必要があります。 +43 158-801 x41027。

この記事は、『Battery & Electrification Technology Magazine』2023 年 6 月号に初めて掲載されました。

アーカイブのその他の記事はこちらからお読みください。

購読する