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？

ハーバード大学の研究者チームは、新しいタイプの液体フロー電池を開発しました。チームによると、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などの新エネルギー用途にも使用できるという。

モバイル時代では、バッテリー技術が最優先事項になります。バッテリーなしではモバイル時代はあり得ないとさえ言えます。ただし、モバイルデバイスのバッテリーには、バッテリーの寿命が短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限しています。そのため、研究者たちは持久力を向上させるためのより効率的な電源を探しています。

実際、流体フロー電池は新しいものではなく、1960年代から存在しています。液体フロー電池には、リチウム電池に比べていくつかの利点があります。しかし、この技術は研究開発段階にあり、実用化されていません。その理由はそれ自体の限界にあります。障害にもかかわらず、人間は比較的安全な新しいバッテリー技術を使用しながら、バッテリー技術を改善するためのよりクリーンなエネルギー源を見つけ続けているため、探求は続いています。

まず、液体フロー電池の特性が利点を決定します、いくつかの側面は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科学の教授であるMichaelAzizと、化学および材料科学の教授であるRoyGordonによって率いられています。中性のPH水溶液中の有機分子をベースにした新しい液体フロー電池は、安全性と寿命の点で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」ではありません。 1960年代には、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る鉄クロムREDOX電池が登場しました。長年の研究開発の後、この技術は長い道のりを歩んできており、商業的に利用可能になることが期待されています。このような液体フロー電池には、リチウムイオン電池よりも優れた利点があります。

まず、スケールは大きくても小さくてもよく、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の量です。通常、バナジウムフロー電池が耐えられる電力量は反応器のサイズに依存し、充電量は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エンジニアリング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行い、いつでも調整を行うことができます。

リチウムイオン電池の代わりに液体フロー電池？間にグラフェンがあります

上の図は、液体フロー電池の構造を示しています

対照的に、リチウムイオン電池は、コレクター流体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することによって作られています。プロセスとパフォーマンスは固定されており、特定のプロジェクトに応じて調整することは困難です。対照的に、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、フロー電池はスケーラブルです。液体フロー電池はいくら保管しても、その構造や制御方法はほぼ同じです。エネルギーを蓄える電解液が均一に混合されている限り、SOC（充電と放電の深さ）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るには、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、過充電、過放電、過熱はバッテリーのスクラップにつながり、危険を引き起こすことさえあります。そのため、スマートフォンのバッテリーは重要な理由で爆発することがあります。

第二に、フロー電池の寿命が長い。

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。その主なエネルギー貯蔵メカニズムは、固体電極の挿入と非挿入であり、簡単に割れてバッテリーの寿命を縮める可能性があります。

液体フロー電池の充放電機構は、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、寿命が非常に長くなります。さらに、オールバナジウムフロー電池の正極と負極はイオン交換膜によって分離されているため、混合による正極と負極の電解質の交差感染の可能性が回避され、オールバナジウムフロー電池の電池寿命はより長くなります。他のフロー電池のそれ。

第三に、液体フロー電池は非常に安全です。

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能を保証します。火災や爆発の危険はなく、大電流でも安全上の問題はありません。

また、液体フロー電池のエネルギー効率は75％〜80％と高く、始動速度はわずか0.02秒です。さらに、ほとんどの電池部品は安価な炭素材料であり、触媒としての貴金属は含まれていません。

現在、全バナジウムフロー電池の世界的なメーカーには、主に米国のUniEnergyTechnologies、オーストリアのGildemeister、日本の住友電気工業、中国の大連融科儡エネルギー貯蔵技術開発株式会社が含まれます。

その中で、ロンケエネルギー貯蔵株式会社。バナジウム液体フロー電池の総設備容量は12MWを超え、世界の総設備容量の40％を占めています。また、実際にインターネットに接続された世界初の5MWの大規模産業用エネルギー貯蔵装置も所有しています。これは、中国がすべての指標で国際的なトップ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には多くの制限があるため、現在、商業的に使用されておらず、大規模に消費者市場に参入していません。

第二に、フロー電池は市販されておらず、独自の制限があります

エネルギー貯蔵システムとして、液体フロー電池は、風力発電やその他の大規模なエネルギー貯蔵分野でまだ実験段階にあり、商用利用は困難です。ハーバード大学が研究した新しい液体フロー電池も研究開発段階にあるため、まず、既存の液体フロー電池の主なバナジウムシリーズ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、グラフェンが使用されているのと同様に、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溶液中の五酸化バナジウムイオンは、温度が45度を超えると、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。この物質の堆積は、流路を詰まらせ、カーボンフェルト繊維を覆い、反応器の性能を低下させ、最終的にバッテリーを廃棄する可能性があります。さらに、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、フルバナジウムフロー電池は非常に高価です。たとえば、5kwの液体フロー電池では、主要材料のコストに合計406,000元の投資が必要であり、二次材料と人件費にも追加の投資が必要です。

最後に、流体フロー電池はエネルギー密度が非常に低く、約40Wh / kgであり、液体であるため、多くのスペースを占有します。

上記の制限により、液体フロー電池を大規模に適用して商品化することは困難です。

液体フロー電池の発見は、新しいエネルギー源を見つけることへの取り組みを表していますが、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比較的安全であり、すでにスマートデバイスで使用されており、人間は常によりクリーンなエネルギー源を探して発電しています。

第三に、サウンドバッテリー技術の利用可能性は将来のより多くの可能性を開きます

今日の新しい電池技術の中で、グラフェン電池技術は比較的安定しています。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最初のリチウムイオン電池を発表しました。新しい高温技術により、リチウムイオン電池の上限温度を10度上げることができ、寿命は通常のリチウムイオン電池の2倍になります。

グラフェンは、開発中の新しい液体フロー電池よりも信頼性が高いようです。もちろん、グラフェン自体にも限界がありますが、すでにスマートデバイスで使用されています。

したがって、現状では、グラフェンはバッテリー技術を改善するために次の段階でより多く使用されます。バッテリー技術開発の道では、一夜にして成功を収めることは不可能ですが、健全で成熟した技術を徐々に移行することで、より良い結果を達成する必要があります。

もちろん、これはバッテリー技術の世界がその栄光に頼ることができ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障害としないようにするためには、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がより大胆であるべきです。研究が行われ、進歩が見られました。

たとえば、ペンシルベニア大学のチームは、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濃度の差を利用して、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、以前の概算の約200倍です。この研究は、ジャーナル環境科学技術ジャーナルの最新号に掲載されています。

同様に、フィンランドの科学者は、運動エネルギー、熱、太陽エネルギーを使用してデバイスに電力を供給すること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、さらに多くのエネルギーを収集したいと考えています。

装置の製造は複雑ではなく、最高の材料が見つかると、この技術は今後数年で商用利用できるようになる可能性があります。このビジョンが実現すれば、モバイルデバイスをソケットに接続して充電する必要がなくなる可能性がありますが、代わりに、自然エネルギーから継続的に電気を流して、実際のエネルギーのクリーンを実現します。

以上の結果から、将来的には電池の効率や寿命などを向上させる新技術が増えると楽観視することができます。バッテリー技術やあらゆる種類の技術の開発では、成熟した大胆なイノベーションの両方が必要です。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できます。

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