世界初！安価でクリーンかつ高速充電が可能な新世代の電池技術、ノードフリーナトリウム固体電池が電池の未来を変える シカゴ大学
シカゴ大学プリツカー分子工学科のY. シャーリー・メン教授が率いるエネルギー貯蔵・変換研究所（LESC）は、世界で初めてアノード（負極）を持たないナトリウム固体電池を開発しました。この革新により、安価でクリーンかつ高速充電が可能な新世代の電池技術が現実に近づいています。
メン教授と彼女のチームは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のアイソー・ユフェン・リー家族化学・ナノ工学科との共同研究で、ナトリウムを使った新しい電池アーキテクチャを構築しました。この電池は数百サイクルの安定した充電を実現し、アノードを排除し、リチウムの代わりに豊富で安価なナトリウムを使用することで、製造コストを抑えつつ環境に優しい電池の開発を可能にしました。
リチウムは、地球の地殻に20 ppm（百万分の一）の割合でしか存在しません。一方、ナトリウムは20,000 ppmと豊富です。この希少性と需要の増加により、リチウムの価格は急騰し、必要な電池の入手が困難になっています。リチウムの採掘は環境にも負荷をかけ、特に南米の「リチウム・トライアングル」に集中しています。
これに対し、ナトリウムは海水や炭酸ナトリウム鉱山に豊富に存在し、環境への影響も少ないです。LESCの研究は、ナトリウムが電池材料としても非常に強力であることを示しました。
従来の電池にはアノードがあり、充電中にイオンを貯蔵します。しかし、アノードフリー電池はアノードを排除し、アルカリ金属を電気化学的に直接集電体上に堆積させます。これにより、セル電圧の向上、コスト削減、エネルギー密度の向上が実現しますが、液体電解質と異なり、固体電解質では電解質と集電体の良好な接触を確保することが難しいという課題がありました。
メン教授のチームは、この問題に対し斬新なアプローチを採用しました。彼らは、電解質を囲むのではなく、集電体を電解質で囲む構造を開発しました。このためにアルミニウム粉末を使用し、高圧で固体の集電体を形成しながら液体のような接触を維持することに成功しました。この技術により、低コストかつ高効率の電池サイクルが可能になり、画期的な技術の前進が期待されます。
メン教授とチームは、ナトリウム固体電池がリチウム電池よりも優れる場合があることを示すことで、ナトリウム分野へのさらなる投資を促進したいと考えています。彼らは、社会のニーズに応じた再生可能エネルギーを貯蔵する、さまざまなクリーンで安価な電池オプションを備えたエネルギー未来を目指しています。
今回の研究成果により、電池のスケールアップが進み、化石燃料に依存しない経済への移行が加速することが期待されます。メン教授とチームは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のオフィスを通じて、今回の技術に関する特許申請も行っています。
詳細内容は、シカゴ大学が提供する元記事を参照してください。
【引用元】
【読み上げ】
VOICEVOX 四国めたん/No.7
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