＜リチウムイオンバッテリーは、今やスマートフォンなどの小型家電に欠かせないエネルギー源だ。これまでは高出力と高い安全性を要する大型機器や産業用機械には向いていないとされてきたが、日本製の最新鋭潜水艦が世界で初めてリチウムイオンバッテリーを搭載するなど、そのデメリットは覆されつつある。戦場から日常生活まで、リチウムイオンバッテリーがあらゆるシーンを支える時代がすぐそこまで来ている＞

■100年ぶりのブレイクスルーを果たした日本製潜水艦
先月初め、三菱重工神戸造船所で、海上自衛隊の最新鋭通常型潜水艦「おうりゅう」が進水した。2005年から三菱重工と川崎重工が建造する「そうりゅう型」の11番鑑という位置づけだが、世界で初めてリチウムイオンバッテリーを搭載したことで巡航速度、航続距離、連続潜水時間などが大幅にアップしており、事実上の次世代鑑だと見る向きも多い。

原子力を使わない通常型潜水艦は、静音性が求められる戦闘時や作戦行動の際には、エンジンを止めて電力のみで行動する。平時にはディーゼルエンジンを回し、その際に充電を行うというハイブリッド車に近いシステムだ。

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■潜水艦「おうりゅう」進水式
Japan just launched first lithium-ion battery powered submarine JS Oryu https://youtu.be/HVFPtQl7TYo



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https://www.newsweekjapan.jp/stories/assets_c/2018/11/nw_20181121_023802-thumb-720xauto-146432.jpg

ニューズウィーク日本版
https://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2018/11/post-11320.php

「バクテリアの力を使った」「紙ベース」で「使い切り」のバッテリーを、ニューヨーク州立大学ビンガムトン校の電気情報工学科で准教授を務めるSeokheun Choi氏らの研究チームが開発しています。

Advanced Sustainable Systems - Wiley Online Library
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/23667486

How Paper Batteries Charged by Bacteria Could Power Internet of Things - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/renewables/paper-battery-that-could-power-the-internet-of-things

Advanced Sustainable Systemsで発表された論文でChoi氏は、リチウムイオンバッテリーやスーパー・キャパシタは高密度のエネルギーを提供し、軽く、形状を変化できるフレキシブル基板に統合できるという利点を持つ一方で、生物分解ができず毒性が高い物質が使われているため環境にダメージを与える危険性があることを指摘しました。環境に配慮した発電方法として太陽電池やナノ発電機が提案されていますが、これらも再生不可能で生物分解できない重金属やポリマーを含んでいるとのこと。

そこでChoi氏らの研究チームは「再生可能」というところにフォーカスを置き、「紙」という素材に着目しました。研究チームは最先端の技術を駆使して紙が持つセルロース繊維の太さを変化させて紙の表面をなめらかにし、透明度をコントロール。さまざまな有機物・無機物と組み合わせることで、次世代電子工学のプラットフォームとしての「紙」を開発しました。バッテリーは、バクテリアの「細胞呼吸」を利用して、有機物が持つ生化学エネルギーを生物エネルギーに変えています。


具体的にいうと、研究チームはフリーズドライされた「Exoelectrogen(電気化学活性を持つバクテリア)」を紙の上に置き、バッテリーを作成しました。

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https://i.gzn.jp/img/2018/08/20/battery-charged-by-bacteria/002_m.jpg
https://i.gzn.jp/img/2018/08/20/battery-charged-by-bacteria/001_m.jpg

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180820-battery-charged-by-bacteria/

電力エネルギーは電線などの配電設備によって、各家庭に送られていますが、電力需要が高まると電力が供給できなくなるリスクがあります。そこで、日本などの多くの国では揚水式水力発電で高所と低所に貯水池(ダム)を作り、電力需要の多い時に高所から低所へ水を流して電力を発電し、需要が少ないタイミングで低所から高所に水を引き上げて、電力需要の高い時に備えてエネルギー貯蔵を行っています。しかし、揚水式水力発電を実現するには地形による制限があり、建設コストも高くなってしまうもの。スイスのスタートアップEnergy Vaultはこのような制限を回避する「コンクリートバッテリー」を開発しました。

Swiss startup Energy Vault is stacking concrete blocks to store energy — Quartz
https://qz.com/1355672/stacking-concrete-blocks-is-a-surprisingly-efficient-way-to-store-energy/

Energy Vaultのコンクリートバッテリーの仕組みは水とダムを使用する代わりに、コンクリートブロックとクレーンを使用するというものです。コンクリートバッテリーは、揚水式水力発電で行っていた水のくみ上げの代わりにコンクリートブロックを高く積み上げていき、電力需要が一定を超えたときに積み上げられたコンクリートブロックをクレーンで順番に地面に下ろしていきます。このブロックを地面に下ろすタイミングでケーブルに発生する落下エネルギーが電力として供給されることになります。


Energy Vaultのコンクリートバッテリーは電力効率の高さが特徴です。2018年時点でエネルギー効率の高いものの代表格としてリチウムイオン電池が挙げられており、その効率は充電量の90％の電力が生成可能であるとされています。コンクリートバッテリーはブロックの持ち上げに必要な電力に対して、地面に下ろすときに生成する電力は約85％となっており、リチウムイオン電池とほぼ同等のエネルギー効率を有しています。

記事作成時点でEnergy Vaultがデモ用に構築したコンクリートバッテリーは高さ20m、コンクリートブロックを持ち上げるクレーンは1台と、非常に小さな施設となっていて、あまり大きな電力を生み出すことはできません。

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■動画
Storing energy in concrete blocks https://youtu.be/mmrwdTGZxGk



https://i.gzn.jp/img/2018/08/21/concrete-battery-swiss-startup/00_m.jpg
https://i.gzn.jp/img/2018/08/21/concrete-battery-swiss-startup/01_m.jpg

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180821-concrete-battery-swiss-startup/

従来のバッテリーに比べて貯蔵できるエネルギー量が10倍で、充電時間が圧倒的に短いバッテリーをグラスゴー大学のリロイ・クローニン教授らが考案しました。これまで、電気自動車の充電時間は「急速充電」で20分から30分、普通充電だと数時間単位でしたが、このバッテリーなら秒単位での充電が可能だとのこと。

Highly reduced and protonated aqueous solutions of [P 2 W 18 O 62 ] 6 - for on-demand hydrogen generation and energy storage | Nature Chemistry
https://www.nature.com/articles/s41557-018-0109-5


How reduced can you go? | Nature Research Chemistry Community
https://chemistrycommunity.nature.com/users/15852-lee-cronin/posts/37703-how-reduced-can-you-be

University of Glasgow - University news - Liquid battery could lead to flexible energy storage
https://www.gla.ac.uk/news/headline_601603_en.html

この新たなバッテリーの特徴はポリオキソアニオンを使用した点。

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https://i.gzn.jp/img/2018/08/16/energy-storage-liquid-battery/01.png

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180816-energy-storage-liquid-battery/