液体フロー電池はリチウムイオン電池に取って代わることができますか？

新しいタイプの液体フロー電池は、ハーバード大学のチームによって開発されました。チームは、液体フロー電池はスマートフォンだけでなく、再生可能エネルギーを含む新エネルギーアプリケーションでも使用できると述べました。モバイル時代では、バッテリー技術が最優先事項になり、バッテリーのないモバイル時代はありません。ただし、モバイル機器のバッテリーには耐久性が弱いなどの問題があります。バッテリー技術の飛躍的進歩は常に最先端の問題であり、モバイル時代のさらなる発展を制約してきました。そのため、研究者たちは、耐久性の向上を期待して、より効率的な発電用エネルギー源を模索してきました。

実際、液体フロー電池は新しい技術ではなく、1960年代から存在しています。リチウム電池と比較して、液体フロー電池にはいくつかの利点があります。しかし、この技術はまだ研究開発段階にあり、実用化されていません。その理由はそれ自身の制限です。障害にもかかわらず、探査は継続しなければなりません。人間は比較的健全な新しいバッテリー技術を使用していますが、バッテリー技術をアップグレードするためのよりクリーンなエネルギーも常に求めています。

まず、液体フロー電池の特性が利点を決定し、いくつかの点でリチウム電池よりも優れています

ハーバード大学のチームは、材料およびエネルギー技術の教授であるMichael Azizと、化学および材料科学の教授であるRoyGordonによって率いられました。彼らが研究した新しい液体フロー電池は、発電用の中性pH水溶液中の有機分子に基づいており、その安全性と寿命は現在の電池製品よりも優れています。

実際、液体フロー電池の分野は「荒れ地」とは見なされていません。 1960年代には、鉄クロムシステムのレドックス電池がすでに登場しており、全バナジウム液体フロー電池の前身と見なすことができました。長年の研究開発を経て、この技術は大きく進歩し、商用利用が期待されています。リチウムイオン電池と比較して、この液体フロー電池には利点があります。

まず、サイズは大きくても小さくてもかまいません。また、デザインは柔軟です。

エネルギー貯蔵システムの場合、最も重要な要素は電気と電力です。一般に、バナジウム液体フロー電池は、反応器のサイズに応じて電力に耐えることができ、電気の量はエネルギー貯蔵タンクのサイズに比例します。エネルギー貯蔵システムのプロジェクトの要件に関係なく、設計者は対応する設計を柔軟に作成でき、いつでも調整できます。

一方、リチウムイオン電池は、コレクターの表面にエネルギー貯蔵材料をコーティングして電極を形成しています。それらのプロセスと特性は固定されており、特定のプロジェクトに応じて調整することは困難です。 2つの相対比の下で、液体フロー電池の利点は明らかです。

さらに重要なことに、液体フロー電池は拡張可能です。液体フロー電池は、保管量に関係なく、ほぼ同じ構造と制御方法を備えています。エネルギー貯蔵電解液が均一に混合されている限り、SOC（充電および放電の深さ）は一定であることが保証されます。

同じサイズのリチウム電池を作りたい場合は、電池の数を積み重ね、非常に複雑なBMS（電池管理システム）を使用して、各電池の温度とSOCを管理する必要があります。少し不注意で、過充電、過放電、過熱はバッテリーの廃棄や危険にさえつながる可能性があります。そのため、スマートフォンのバッテリーが爆発することがあります。

第二に、液体フロー電池の長寿命。

現在、市販されているリチウム電池の寿命は約1000〜5000倍です。主なエネルギー貯蔵原理は、固体電極への埋め込みとデインターカレーションです。これは、亀裂が発生しやすく、バッテリーの寿命を縮めます。

液体フロー電池の充放電メカニズムは、通常の電池の物理的変化ではなく、原子価の変化に基づいているため、耐用年数は非常に長くなります。さらに、正極と負極の間のイオン交換膜の分離により、オールバナジウム液体フロー電池は、他の液体フロー電池よりも長い混合による正極と負極の電解質の交差感染の可能性を回避します。

第三に、液体フロー電池の安全性は非常に高いです。

最初のポイントで述べたように、液体フロー電池の特性はそれらの安全性を保証します。火災や爆発の危険がなく、大電流があっても安全上の問題はありません。

さらに、液体フロー電池のエネルギー効率は75％から80％と高く、起動速度はわずか0.02 Sであり、電池のコンポーネントはほとんどが安価な炭素材料であり、触媒として貴金属を必要としません。

現在、全世界でオールバナジウムフロー電池を製造している企業には、主に米国のUniEnergyTechnologies、オーストリアのGildemeister、日本の住友電気株式会社、中国のDalian Rongke Energy Storage Technology Development Co.、Ltd。が含まれます。

その中で、Rongke Energy Storage Co.、Ltd。は、全バナジウム液体フロー電池の総設備容量が12 MWを超え、世界の総設備容量の40％を占め、世界初の5MWの大容量も備えています。 -実際にネットワークに接続されている規模の産業用エネルギー貯蔵装置。これは、中国の指標が世界をリードするレベルにあることを意味します。

液体フロー電池には多くの利点があり、ある程度の生産と用途がありますが、液体フロー電池自体の制限のため、まだ大規模な商業的投入が見られず、消費者市場に参入していません。

第二に、液体フロー電池は商品化できず、多くの制限があります。

エネルギー貯蔵システムとして、液体フロー電池は風力発電の分野でまだ実験段階にあり、商用利用はさらに困難です。上記のハーバード大学によって研究された新しい液体フロー電池も開発段階にあります。最初に、液体フロー電池の主なバナジウム電池の限界を探ることができます。

理論的には、バナジウム化合物は、グラフェンの使用と同様に、既存のリチウム電池の添加剤として使用できます。

ただし、バナジウム電池の正極にある5価のバナジウムイオンは、45度を超える温度で五酸化バナジウムと呼ばれる毒性の高い物質を沈殿させます。この物質の沈殿は、流路を塞ぎ、カーボンフェルト繊維を覆い、電気リアクターの性能を低下させ、最終的にバッテリーを廃棄します。さらに重要なことに、毒性の高い物質である五酸化バナジウムは深刻な結果をもたらす可能性があります。

さらに、オールバナジウム液体フロー電池は非常に高いコストに投資する必要があります。たとえば、5キロワットの液体フロー電池には、406,000の主要材料の総コストに加えて、二次材料の追加入力と人件費が必要です。

最後に、液体フロー電池はエネルギー密度が約40 Wh / kgと非常に低く、これらの電池は液体であるため、広い領域をカバーします。

上記の制限に基づいて、液体フロー電池は大規模に適用することは困難であり、商品化することはより困難です。

液体フロー電池の探求は、新しいエネルギー源を継続的に探すという人類の決意を表していますが、この技術はまだ十分に成熟していません。対照的に、グラフェンバッテリー技術はスマートデバイスで使用されており、人間は常に発電用のよりクリーンなエネルギーを求めています。

第3。安全なバッテリー技術は市販されており、将来の可能性はさらにあります

今日の新しいバッテリー技術では、グラフェンバッテリー技術は比較的安全です。ファーウェイは昨年末、第57回日本電池会議でグラフェン技術を使用した初のリチウムイオン電池を発売しました。このタイプの電池は、新しい高温技術を使用してリチウムイオン電池の上限温度を10度上昇させ、その寿命も通常のリチウムイオン電池の2倍です。

グラフェンは、まだ開発中の新しいフロー電池よりも信頼性が高いようです。もちろん、グラフェン自体にはいくつかの制限がありますが、スマートデバイスに適用されています。

したがって、現在の状況では、グラフェンはバッテリー技術のアップグレードの次の段階でより多く使用されます。バッテリー技術の開発では、一夜にしてそれを行うことは不可能であり、健全で成熟した技術を徐々に移行することで、より良い結果が得られるはずです。

もちろん、これはバッテリー技術分野が安定性のために停滞する可能性があるということではありません。それどころか、バッテリー技術をモバイル時代の発展の足かせにしないためには、バッテリー技術の進歩に電力を供給するために可能な限りのエネルギーを使用することを大胆にすべきです。関連する研究があり、進歩が見られました。

たとえば、ペンシルベニア大学の研究チームは最近、化石燃料発電所から排出される二酸化炭素と空気中の二酸化炭素の濃度差を利用して発電する新しい発電方法を開発しました。 「フローセル」と呼ばれるこのデバイスは、1平方メートルあたり0.82ワットの平均電力密度を生成します。これは、以前の近似方法で得られた値の約200倍です。研究成果は、環境科学技術の最新号に掲載されました。

同様に、フィンランドの科学者も、運動エネルギー、熱エネルギー、太陽エネルギーを使用して機器に電力を供給する方法の研究である程度の進歩を遂げました。研究者たちは、熱と圧力を電気に変換するKBNNOと呼ばれる強誘電体材料を開発しました。フィンランドのUniversityofOulu（University of Loo）の研究者は、ペロブスカイト結晶構造を使用して複数のエネルギー源からエネルギーを抽出し、研究を通じてより多くのエネルギーを収集することを望んでいます。

このような機器の製造工程は複雑ではなく、最良の材料が見つかったら、次の年にその技術を商品化することが可能になります。それが起こった場合、モバイルデバイスをソケットに接続して充電する必要はないかもしれませんが、代わりに自然エネルギーから安定した電気の流れを得て、真にクリーンにします。

上記の結果から、楽観的な予測を行うことができます。将来的には、より多くの新しい技術がバッテリー分野に登場するでしょう。それらは電池の利用率と耐久性を高めることができます。電池技術やあらゆる技術の開発においては、着実に成熟していく必要がありますが、大胆かつ前衛的なイノベーションも必要です。この2つを組み合わせることで、モバイル時代のさらなる発展を促進することができます。

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