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リチウム

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1: 2016/03/29(火) 15:55:40.83 ID:CAP_USER*.net
リチウムイオン超える新型電池 京大など研究チーム開発
2016年3月29日15時08分
http://www.asahi.com/articles/ASJ3X5RH3J3XPLBJ00C.html

 大量の電気を蓄えられるフッ素と金属の化合物を電極に使うことで、現在のリチウムイオン電池を超える性能の新型電池を開発したと、京都大学などの研究チームが28日発表した。繰り返し充放電できる耐久性を高め、将来的に小型・大容量電池の実用化を目指す。

 研究チームによると、新型電池は正極から負極側にフッ化物イオンを流して電気を取り出す。現在広く使われているリチウムイオン電池は、逆の負極から正極側に、リチウムイオンを流して電気を取り出すしくみだ。

 これまで、電極の材料には使えないと考えられていたフッ素と金属の化合物を使ったのが特徴だという。

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(小堀龍之)

引用元: 【科学】リチウムイオン超える新型電池 京大など研究チーム開発

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1: 2016/03/22(火) 17:27:20.99 ID:CAP_USER.net
平成28年3月22日
東京工業大学
トヨタ自動車株式会社
トヨタモーターヨーロッパ
高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター
茨城県

【要点】
○世界最高のリチウムイオン伝導率を示す超イオン伝導体を発見
○超イオン伝導体を利用した全固体セラミックス電池が最高の出力特性を達成
○高エネルギーと高出力で、次世代蓄電デバイスの最有力候補に。

 東京工業大学大学院総合理工学研究科の菅野了次教授、トヨタ自動車の加藤祐樹博士、高エネルギー加速器研究機構の米村雅雄特別准教授らの研究グループは、リチウムイオン二次電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体型セラミックス電池(用語1)の開発に成功した。
従来のリチウムイオン伝導体の2倍という過去最高のリチウムイオン伝導率をもつ超イオン伝導体(用語2)を発見し、蓄電池の電解質に応用して実現した。


 開発した全固体電池は数分でフル充電できるなど高い入出力電流を達成し、蓄電池(大容量に特徴)とキャパシター(高出力に特徴)の利点を併せ持つ優れた蓄電デバイスであることを確認した。
次世代自動車やスマートグリッドの成否の鍵を握るデバイスとして熾烈な開発競争が繰り広げられている蓄電デバイス(用語3)のなかで、最も有力なデバイスといえる。

 同研究グループは超イオン伝導体の結晶構造を、大型放射光施設SPring-8のBL02B2を利用したX線構造解析、および大強度陽子加速器施設J-PARC(用語4)に茨城県が設置した粉末中性子回折装置「茨城県材料構造解析装置(iMATERIA:BL20)」で解明し、三次元骨格構造中の超イオン伝導経路(用語5)を明らかにした。
さらに電極反応機構を、電解液を用いるリチウムイオン二次電池と比較し、高出力特性が全固体デバイスの本質的な利点であることを解明した。

 研究成果は3月21日(現地時間)発行の英国の科学誌「ネイチャーエナジー(Nature Energy)」電子版に掲載される。
また、成果の一部は国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成事業にて得られたものである。

続きはソースで

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ソース元:spring8
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/160322/

引用元: 【材料科学/電気化学】超イオン伝導体を発見し全固体セラミックス電池を開発 高出力・大容量で次世代蓄電デバイスの最有力候補に

超イオン伝導体を発見し全固体セラミックス電池を開発 高出力・大容量で次世代蓄電デバイスの最有力候補にの続きを読む

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1: 2015/11/04(水) 07:48:13.62 ID:???.net
夢の「リチウム-空気電池」に向けて一歩前進 (ニュースイッチ) - Yahoo!ニュース
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20151103-00010002-newswitch-sctch

画像
http://amd.c.yimg.jp/im_sigg_.aQQKLnaX29Dhk8wbWlIw---x900-y499-q90/amd/20151103-00010002-newswitch-000-1-view.jpg
グラフェン正極での充放電の模式図(Tao Liu, Gabriella Bocchetti and Clare P. Grey)


英ケンブリッジ大などが安定性向上で数百回の充放電に成功

 重さやコストを現在の5分の1程度にできるうえ、電気自動車(EV)の走行距離をガソリン車並みに伸ばすことが可能になると言われるリチウム-空気バッテリー(リチウム-酸素バッテリー)。究極の二次電池の候補の一つともされるが、実用化に向けては課題も多い。そうした中、課題のいくつかを解決することで安定性や効率を向上させ、数百回繰り返し充電できる改良型リチウム-空気バッテリーのプロトタイプを、英ケンブリッジ大学などの研究チームが開発した。詳細は10月30日付の米サイエンス誌に掲載された。

 リチウム-空気バッテリーは、金属リチウムを負極の活物質に、空気中の酸素を正極の活物質として利用し、リチウムと酸素の化学反応で電気を作り出す。原料となる酸素は空気から取り込み、持ち運ぶ必要がないため、理論上、単位重量あたりの貯蔵エネルギーをガソリン程度にまで高くでき、現在のEVに使われているリチウムイオン電池の10倍ほどのエネルギーを蓄えられるという。

 その分、実用化も難しく、放電中に酸化リチウムが作られ、電解質が腐食したり、副生成物が電極を覆って機能を低下させしたり、といった問題が指摘されている。

 今回、ケンブリッジ大のチームが開発した手法は、リチウム-空気バッテリーの実用化に向け大きな一歩を示す成果で、その改良の一つが有機溶剤であるジメトキシエタンの電解質にヨウ化リチウムと水を加えたこと。これまでのバッテリーでは過酸化リチウムが生成して電極にこびりついてしまい、再充電を邪魔していた。

 それに対し、このバッテリーでは、リチウムイオンが正極で酸素と反応して水酸化リチウムの結晶ができるものの、水酸化リチウムはバッテリーの再充電が始まると素早く分解される(模式図参照)。

 さらに正極材料にも工夫を凝らしてある。従来のリチウム-空気バッテリーではさまざまな形状の多孔質カーボン(グラファイト)が使われることが多かったが、研究チームでは多孔質の還元型酸化グラフェンを正極に採用。原子1個分の厚みしかない炭素シートのグラフェンを酸化した後、炭素だけの状態に還元し、穴の多い多孔質にしたもので、こうすることで生成した結晶が正極に付着しにくくした。

 実際に試作したバッテリーで実験したところ、性能低下を見せながらも数百サイクルの充放電ができた。論文の筆頭著者であるケンブリッジ大化学部のクレア・グレイ教授は、現在のEVに使われているリチウムイオンバッテリーに比べ、1kg当たり少なくとも5倍のエネルギーを貯蔵できるとみている。

 ただし、商業化に向けてはまだ多くの課題が残されている。まずEVが必要とするレベルに対し、電流密度が20分の1から50分の1と十分ではない点。さらに、爆発やショートの原因となるリチウムの樹状突起が負極にできないようにする工夫や、今回の実験が純酸素の雰囲気で行われ、空気に含まれる二酸化炭素や窒素、水分などによる金属電極への影響を考慮していないことなどだ。

 そうしたことから、リチウム-空気バッテリーの効率性・安定性の向上に一定の道筋をつけた重要な研究成果ではあるが、実用的なリチウム-空気バッテリーの開発には、少なくともあと10年はかかるとみられている。

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引用元: 【技術】夢の「リチウム-空気電池」に向けて一歩前進 安定性向上で数百回の充放電に成功 英ケンブリッジ大など

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1: 2015/09/03(木) 12:30:00.24 ID:???.net
共同発表:大容量の蓄電が可能な「リチウム空気電池」用電極材料の開発~ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵~
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/index.html

画像
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu1.jpg
図1 リチウム空気電池とその予想されている反応メカニズム
(a) リチウム空気電池の動作原理。
(b) コイン型電池を用いた実物大のリチウム空気電池の写真。
(c) ナノ多孔質グラフェン電極上の化学反応の様子と表面で行われているとされる化学反応式。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu2.jpg
図2 RuO2ナノ粒子を挟んだナノ多孔質グラフェン電極
(a) RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだナノ多孔質グラフェンを電極として用いた50サイクル充電前の走査型電子顕微鏡(SEM)像。円盤状の過酸化リチウムが生成していることが確認できた。
(b) RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだナノ多孔質グラフェンを電極として用いた50サイクル充電後の走査型電子顕微鏡(SEM)像。
(c) 充電試験後のナノ多孔質グラフェン電極の透過型電子顕微鏡(TEM)像。100-300nmの孔サイズを持つ。2-3層のグラフェンに覆われた5nmのRuO2ナノ粒子が壊れずに存在している
ことが確認できた。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu3.gif

図3 RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだ窒素ドープナノ多孔質グラフェン電極を用いたリチウム空気電池の充放電特性の試験結果
実験条件:1.0M(モル濃度)LiTFSI/TEGDME(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド/トリエチレングリコールジメチルエーテル)、電流密度400mA/g、電気容量2000mAh/g。


ポイント
リチウムイオン電池の6倍以上の電気容量を持ち、100回以上繰返し使用が可能な「リチウム空気電池」の開発に成功した。
高性能な多孔質グラフェンと触媒により長寿命と大容量を実現。
1回の充電で500km以上の走行が可能な電気自動車の実現を視野に。


JST 戦略的創造研究推進事業の一環として、東北大学 原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の陳 明偉 教授らは、3次元構造を持つナノ多孔質グラフェン注1)による高性能なリチウム空気電池注2)を開発しました。

現在の電気自動車に使われているリチウムイオン電池の電気容量では、200km程度しか走行できず、走行距離を飛躍的に伸ばすために新しいタイプの大容量の蓄電池の開発が望まれています。

近年、注目されている新しい二次電池の中に「リチウム空気電池」があります。この電池はリチウムイオン電池とは異なり、正極にコバルト系やマンガン系の化合物を用いることなく、リチウム金属、電解液と空気だけで作動し、リチウムイオン電池の5~8倍の容量を実現できるとされています。

陳教授らはこのリチウム空気電池の正極に新たに開発した多孔質グラフェンを使用し、電極の単位重量あたり2000mAhの大きな電気エネルギーを持ち、かつ100回以上の繰返し充放電が可能なリチウム空気電池の開発に成功しました。正極に使用した多孔質グラフェンは、グラフェンの持つ電気伝導性に加えて、大きな空隙を持つことから、大容量の電極材料となりうることに着目したものです。現時点では、少量の貴金属を触媒に使用し、また、充電時の過電圧が大きいなどの課題は残りますが、実験結果を電気自動車の走行距離に換算すると充電1回あたりで500~600kmの走行に相当する結果が得られました。今後、さらなる改善を行うことで実用的な電気容量と寿命への到達が期待されます。本研究成果は、2015年9月1日(ドイツ時間)に「Advanced Materials」でオンライン公開されました。

続きはソースで

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引用元: 【触媒化学】大容量の蓄電が可能な「リチウム空気電池」用電極材料の開発 ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵 東北大

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1: 2015/04/09(木) 00:53:47.92 ID:???.net
掲載日:2015年4月8日
http://jp.techcrunch.com/2015/04/08/20150407aluminum-ion/

▶ New aluminium-ion battery from Stanford - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=ZKIcYk7E9lU



 スタンフォード大学の科学者たちがこのほどプロトタイプを開発した、折り曲げられる電池は、アルミニウム製で素早く充電でき、寿命も長くて、リチウム電池より安全(揮発性の素材ではなく、セルに穴が開いても引火しない)と言われる。したがってそのアルミニウムイオン電池により、未来の消費者電子製品はより安全になり、早く充電でき、より薄くなるだけでなく折り曲げられるようにもなる。これらはとくに、ウェアラブルにとってありがたい特性だ。

 折り曲げられるリチウムイオン電池はすでに研究開発が進んでいるが、しかしアルミニウムはコストと安全性でリチウムより有利だ。そのため、研究者たちの関心も持続している。高性能で商用製品として完成したアルミニウムイオン電池はまだ先の課題だが、スタンフォードの研究者たちは、セルの正極にグラファイト(炭素素材)を使うと良いパフォーマンスが得られることを発見した。

 彼らの電池は7500回あまりの充電に、出力の損耗なく持ちこたえたが、ほかの研究室が作ったアルミ電池は約100回の充電で寿命が尽きた。彼らはNature誌に発表した記事の中で、“超高速のアルミニウムイオン電池が数千回あまりの充電に耐える安定性を示したのはこれが初めてだ”、と述べている。

 彼らがその電池に使用しているイオン性電解液は、室温では液状の塩である。その点でもこのプロトタイプのセルは安全で、現状ではポリマーでコーティングした柔軟性のある小袋に収められている。電池の電圧は2ボルトで、これもそのほかの研究者たちがアルミニウムで達成した電圧より高い。

続きはソースで

no title

<参照>
Aluminum battery from Stanford offers safe alternative to conventional batteries | Precourt Institute for Energy
https://energy.stanford.edu/news/aluminum-battery-stanford-offers-safe-alternative-conventional-batteries

An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery : Nature : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14340.html

引用元: 【電気化学】スタンフォードの科学者たちが将来有望なアルミニウムイオン電池のプロトタイプを完成…リチウムを置換か

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1: 2015/04/05(日) 14:58:51.03 ID:???.net
掲載日:2015年4月4日
http://www.zaikei.co.jp/article/20150404/243830.html

 東京大学の山田淳夫教授・大久保將史准教授らによる研究グループは、チタンと炭素から構成されるシート状の化合物が多量のナトリウムイオンを吸蔵・放出することを発見した。

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 多くの電子機器に使用されているリチウムイオン電池は、希少元素であるリチウムやコバルトを使用しており、安定供給や大幅な低コスト化に課題がある。そのため、希少なリチウムを使用しないナトリウムイオン電池の開発が進められているが、マイナス極に使用する急速充電・長時間の電流供給・充放電の繰り返しに対する安定性などの条件を満たす化合物が見つかっていなかった。

 今回の研究では、東京大学と長崎大学が共同で合成したチタンと炭素から構成されるシート状の化合物をナトリウムイオン電池のマイナス極として応用したところ、多量のナトリウムイオンを吸蔵・放出する特性を持つことや、急速充電にも対応可能であること、長期間安定に作動することが分かった。

続きはソースで

 なお、この内容は「Nature Communications」に掲載された。

<画像>
ナトリウムイオン電池のマイナス極のイメージ。チタン(赤)と炭素(灰色)からなるシート状物質がナトリウムイオン(黄色)を吸蔵・放出する(東京大学の発表資料より)
http://www.zaikei.co.jp/files/general/2015040419405090big.jpg

<参照>
日経プレスリリース - 東大など、次世代電池のプロトタイプが完成
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=383503&lindID=5

Pseudocapacitance of MXene nanosheets for high-power sodium-ion hybrid capacitors
: Nature Communications : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/ncomms/2015/150402/ncomms7544/full/ncomms7544.html

引用元: 【電気化学/エネルギー】東大、次世代電池「ナトリウムイオン電池」のプロトタイプを開発

東大、次世代電池「ナトリウムイオン電池」のプロトタイプを開発の続きを読む
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