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電力

全固体リチウム硫黄電池、質量エネルギー密度はリチウムイオン電池の4倍 106

ストーリー by headless
固体 部門より
eggy 曰く、

米オークリッジ国立研究所(ORNL)の科学者らが、リチウムイオン電池のおよそ4倍の質量エネルギー密度を実現する全固体リチウム硫黄電池を開発したそうだ(Phys.orgの記事本家/.)。

このリチウム硫黄電池は、ORNLが新たに開発した硫黄を豊富に含む素材を正極に用いる。これにリチウムの負極と固体電解質を組み合わせることで、エネルギー密度の高い全固体リチウム硫黄電池を作成したとのこと。硫黄は非常に安価であるため、リチウムイオン電池と比較して大幅なローコスト化が可能になる。また、固体電解質を使用することで液漏れや発火の心配もない。今回開発されたリチウム硫黄電池は、摂氏60度で300回充放電を繰り返しても1グラム当たり1,200mA/hを保つ。これに対し、リチウムイオン電池の場合は1グラム当たり140~170mA/hが平均的だ。ただし、このリチウム硫黄電池の出力電圧はリチウムイオン電池の半分程度であることから、質量エネルギー密度はおよそ4倍になるとのことだ。

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  • by AerospaceCadet (46010) on 2013年06月08日 18時17分 (#2397175) ホームページ 日記
    より安価な全個体ナトリウム・硫黄電池の室温動作に去年、世界で初めて 成功 [osakafu-u.ac.jp] していた。

    # こう言う実績があっても府大の統廃合を主張したり予算を削減するんだよ橋下は。ド文系だから。
    • by northern (38088) on 2013年06月08日 19時18分 (#2397201)

      悲しいけどこれ民主主義なのよね

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      まあpolitical correctnessとは何かも知らない人にあまり何かを期待するほうが間違ってると思うけどな

    • by Anonymous Coward

      その研究は統廃合の際の予算削減の対象なのですか?

      • by Anonymous Coward

        府大の研究が、府大の予算削減や統廃合に影響されないわけないだろ。

        • by Anonymous Coward

          その研究はJSTのプロジェクトですから,もともと府からの資金への依存の割合は小さいでしょう。

        • by Anonymous Coward

          訳:確認するつもりも能力もありません。文句ありますか

        • by Anonymous Coward

          なにも削減・統廃合を一律にやる必要はないわけで。
          成果が出ている研究、戦略的に行っている研究は残せばいい。

          • Re:一方日本では (スコア:4, すばらしい洞察)

            by Anonymous Coward on 2013年06月08日 22時55分 (#2397308)

            >成果が出ている研究、戦略的に行っている研究は残せばいい。

            それをやると、革新的な研究が行われなくなる。
            科学技術の研究は、いつどんな形で実を結ぶのかは誰にもわからない。

            親コメント
          • Re:一方日本では (スコア:2, すばらしい洞察)

            by Anonymous Coward on 2013年06月08日 23時13分 (#2397317)

            その研究が実用化した時、次の研究のタネはどこから持ってくるんだ?
            中国から盗んでくるのか?

            どこから来るかといえば基礎研究だし、基礎研究がどう化けるか判る人間は誰もいない。それが判る人間は未来が読める人間ってことだが、偶然以外でそれが出来る奴はいない。それとも、誰か「あいつの未来予想は絶対あたる!」って奴がいるのか?詐欺師以外で。

            従って「成果の研究だけやる」なんてのは幻想にすぎない。

            # 研究やっている人間なら基礎研究の重要性ってのは身に染みているだろうに...

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      • by Anonymous Coward

        ド文系の政治家には成果を出してる大学の成果が見えないってことなんだから、この研究が予算削減の対象云々は関係ないだろう。
        予算さえ出せば成果が勝手に出てくるとでも。

    • by Anonymous Coward

      府大には立派な先生がおられるなぁとは思うけど、
      それだけじゃ府大が立派な大学かどうかは判断できないし、
      そこに大阪の財源を使う意味があるかどうかはもっと別の話だし、
      使う意味があるとして、現在の府大が全く見直しの余地の無い
      完璧な組織ってことはないだろうし
      (実際のところ府大の現状がどうなのかは知りませんが)。

      ド文系はそう思っちゃうんで、イイ研究が一つあるってだけの話で
      橋下は…とか言われても全然説得力を感じないです。
      # 折角興味深い情報を紹介していただいているのに、勿体ない

  • by Anonymous Coward on 2013年06月08日 19時46分 (#2397217)

    リンクをたどっていくとグラフの一部が無料で見れるが、C/10(1時間あたり総充電量の1/10を充電あるいは放電する。電池のストレステストとしてはかなりヌルい)で充放電を繰り返しても、わずか150サイクルで容量が75%低下している。つまり、どんなに注意深く扱っても、150回使うだけでリチウムイオン電池と同じ程度まで劣化するということ。研究結果としては非常に面白いけど、こんなものは商業用品として使い物にならない。

    また、すべてのテストを60℃に昇温してやっているが、そんな面倒なことをやっているのは室温ではロクな性能が出ないからだろう。(どんな電池でも、昇温すれば、構成物が分解されたりしない限り性能は上がる。)だが、そんな温度を常に維持出来る環境というのは限られている。携帯やノートパソコンでは論外だし、乗用車でも昇温しないと使えない電池など採用してもらえまい。かならず基地で充電する前提の商用車なら外部電力でヒーターを動かせるから辛うじていいかもしれないが。しかし温度を下げるのは非常にムズカシイはずなので、今後もかなり大きなブレイクスルーが必要とされるだろう。

    決してダメと言ってる訳ではない。これからこういう問題を解決すればいい電池になる可能性はまだある。だが、どんなにうまくいっても、この技術が携帯電話に搭載されるのは7-8年後であろう。自動車なら最低でも14-15年。

    • by kicchy (4711) on 2013年06月08日 20時24分 (#2397240)

      >また、すべてのテストを60℃に昇温してやっているが、そんな面倒なことをやっているのは室温ではロクな性能が出ないからだろう。(どんな電池でも、昇温すれば、構成物が分解されたりしない限り性能は上がる。)だが、そんな温度を常に維持出来る環境というのは限られている。

      Pentium4「ようやく俺の時代が来たわけだな……」
      Thunderbird Athlon「お前にだけ頑張らせるわけにはいかねえぜ!」

      親コメント
    • NaS電池がニューサンシャインのテーマに上がって国プロで研究が始まったとの報が雑誌TRIGGERに載ったのを見たのがオレがリア厨の頃で、日本ガイシが製品化したのが30年後でしたからねえ。
      負極がリチウムになるのかナトリウムになるのか判りませんがこれら全固体アルカリ金属・硫黄電池が実用化されるのは本当に先の話でしょうね。
      親コメント
      • by Anonymous Coward on 2013年06月09日 8時10分 (#2397420)

        NaS電池は安価なので、大規模な蓄電に役立つと聞きました。風力発電などと組み合わせて
        地域全体のスマートグリッド化の切り札かと思っていました

        あの事故の後、実用化はどうなっているのかな・・・・

        スマートグリッド化が可能になり、発送電分離化が進めば、電力を市場の原理に任せることができるのに

        親コメント
    • 容量がドカンと低下してるのはバックグラウンド(混ぜこんでる部材だけでの測定)な。

      • by Anonymous Coward
        どこを勘違いしているか詳しく。無料で見れる資料には"Electrode made of Li3PS4 and carbon"のサイクリングテストだとはっきり書いてあるんだけど、本文には違うことが書いてあるのかな。
        • by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 2013年06月08日 21時05分 (#2397264) 日記

          横から指摘してみましょう.

          まず無料で読める部分(多分Supporting Info)にはきちんと「Blank test of Li3PS4 and carbon material」と書いてある.Blank testとあるように,これは本来の電極材料では無く,それに入っている(または入っている可能性のある)別の材料によるものだとわかる.
          じゃあそれがなんなのかというと,同じ文章にあるように"Li3PS4 and carbon".

          今回実験で使っているものは,硫黄をLi3PS4(というか,そこから生じるリン)で架橋したものです.つまり,硫黄のポリマーがリンで架橋された「逆ゴム」的な構造.このあたり,私が以前日記で取り上げた硫黄ポリマー [srad.jp]と同じような設計指針ですね.
          これと炭素を混ぜ込んであるので,「見えている大きな容量に対する,混ぜ込んである炭素やLi3PS4の寄与は?」という疑問に答えるのがこのブランクテストです.で,この容量は非常に小さいんで,実験で見えている大きな容量は硫黄ポリマーに由来するんだろうね,と考えられると.

          そもそも,このSupporting Infoのグラフを,電極の容量と誤解するのは無理があります.なにせ容量があまりに小さい.初回から現在の電極にも大きく劣るレベルなので,本文中にある「大容量が実現出来た(しかも300回の充放電に耐える)」と明らかに食い違います.だからその段階で「あ,何か誤解してるんだな」と気づかないとダメです.

          なおこの素材,論文本体の図3にあるように,室温でも使用可能です.ただし室温で使用すると300回の充放電で容量が半分ぐらいに減ります.

          親コメント
  • by Anonymous Coward on 2013年06月08日 18時18分 (#2397176)

    硫黄使う電池って、かなりの高温状態に保持して使わなければならなかったんじゃない?

    • Re:使用温度は? (スコア:4, 参考になる)

      by Anonymous Coward on 2013年06月08日 20時44分 (#2397251)

      ナトリウム硫黄電池が高温なのは、電極のナトリウムと硫黄を溶融状態にしておく必要があるからです。

      電池ってのは正負両極の電極と電解質からなり、電解質を通してイオンが行き来し電極が化学反応することにより電気を生みます。
      で、化学反応なのですが、当然電極と電解質が接触していなければなりません。
      ところが、両方が個体だと接触面が更新されないので反応が進まない=電気が出来ないということになります。

      で、電極は大概炭素か金属で個体、電子じゃなくイオンが通る必要のある電解質は塩の水溶液、という電極個体、電解質液体のが多いけど、偶に電極液体、電解質個体もあって、それがナトリウム硫黄電池なんだけど、電極を液体にするために加熱する必要があると。
      なので、この温度も60℃とかじゃなく2-300℃です。
      #まあ、60℃とかに(性能をあまり落とさずに)低融点化出来たらそれはそれで(そっちの方が?)ニュースでしょうけど。

      で、このニュースは?っていうと、電極も電解質も個体で作ったよ!性能も上々だよ!と。
      どういう風にしたのかは分からないけど、別コメントの府大のリンクによると、半導体や太陽電池のように薄い薄膜する方法と、粉末微粒子を固める方法があるらしい。
      http://www.osakafu-u.ac.jp/info/publicity/release/2012/20120518.html#z1 [osakafu-u.ac.jp]
      量産には体積稼ぐ方法も重要かもね。
      #あと内部抵抗とか製造コストとか……

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      タレこみに
      「摂氏60度で300回充放電を繰り返しても」
      って書いてあるのを踏まえた上での質問なのかねそれは?

      • by baku3393 (32616) on 2013年06月08日 19時32分 (#2397209) 日記
        いやぁ、60度って割と高温じゃね?

        少なくとも私は首まで漬かれる自信は無い。
        --
        ---- ばくさん!@一応IT土方
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        • by Anonymous Coward

          #2397200の人が「高温ではない」と言ってるとは受け取れないんですが…

      • by Anonymous Coward

        摂氏60度は内部だと思いますが、リチウムイオン電池で民生品用途だと性能評価の上限温度ぐらいですね。(周囲温度45度+温度上昇15度)
        室温データがどの程度になるのか気になりますね、出せないのか出したくないのか、はてさて。

      • by Anonymous Coward

        それは実験条件の一つにすぎないだろ
        最高の性能が得られるのが摂氏200℃だったりしたら、民生機器への適用は無理

  • by Anonymous Coward on 2013年06月08日 18時18分 (#2397177)

    リチウムイオン と リチウムイオウ(硫黄)

  • by Anonymous Coward on 2013年06月08日 19時59分 (#2397226)

    リチウム自体が高価だと思うのですが、どの程度のコスト削減になるのでしょうね?

  • by Anonymous Coward on 2013年06月08日 20時16分 (#2397235)

    である内部抵抗の面ではどうなの?

    • by Anonymous Coward on 2013年06月08日 21時29分 (#2397275)

      イオン伝導度的にはリン酸系やら酸化リチウム系と同程度だとさ。
      電気伝導度自体もそんなに高くは無いだろうけど、まあその辺はオリビンやらも似たようなもんだから、ナノ粒子化して回避するんじゃない?

      親コメント
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計算機科学者とは、壊れていないものを修理する人々のことである

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