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リチウム電池の代替品を緊急募集 | テクノロジー

昨年5月、ドイツのザルツギッターにある電気自動車用バッテリーの生産・リサイクル工場で働くフォルクスワーゲンの従業員。モリス・マクマッツェン（ゲッティイメージズ）リチウム、コバルト、ニッケルなどの元素を製造に使用することで、 電池 それは希少（したがって高価）で有毒な物質への依存を意味し、その抽出と加工は多くの環境問題を引き起こします。1,000キロのリチウムを抽出するには200万リットルの水が必要です。研究者は、豊富で再生可能、生分解性、安全で、コストと環境への影響が低い代替品を急いで探しています。解決策は近いかもしれません。ナトリウムとカルシウムは、水銀の排出を防ぐために研究されている2つの豊富な元素です。 EUの予測によると、リチウムの需要は20年で60倍になるだろう。家庭用および携帯用機器の止まらない普及に加えて、2つの最大の課題があります。それは、移動手段の電動化と、継続的な電力供給のための再生可能エネルギーの貯蔵です。「すべての人のニーズを満たすのに十分なリチウム、コバルト、ニッケルイオンがありません」と、 フランス国立科学研究センター （CNRS）。詳しくはこの物理学と材料化学の博士は、彼が発表している論文によると、 地平線代替品として、地殻に最も豊富に存在する化学元素の 1 つであるナトリウムが挙げられます。リチウムとは異なり、ナトリウムの加工と使用はより安全で安価です。しかし、それとは逆に、より大きな体積を必要とするため、現在の開発は小型デバイスにはまだ適していません。また、現在の蓄電システムが電気自動車にもたらす航続距離には太刀打ちできない。しかし、大多数の短距離ルートでは代替手段となり得る。「リチウムイオン電池の 500 キロメートルの航続距離には決して挑戦しませんが、このタイプのナトリウムイオンは短距離ではより競争力があるかもしれません。車での短距離および中距離ではより安価になる可能性があります」とアボウ・ルジェイリー氏は説明する。チャルマース工科大学（スウェーデン）とデラウェア大学（米国）の研究者らも、同様の見解を示していると、 エネルギー。 「非常に大きなバッテリーを求める傾向があります。しかし、研究によると、一般的には、ガソリンタンクよりも航続距離が短い、少し小さいバッテリーで十分です。なぜなら、より長い自律走行性が必要になるのは、6時間以上の旅行のときだけであり、その場合、ドライバーは移動中に充電できるからです。非常に長い航続距離の必要性に重点が置かれすぎていて、これが車両の価格の上昇と電気自動車のための資源の消費の増加につながっています」と、チャルマース大学のフランシス・スプリー教授は述べています。エネルギーと環境の博士である彼にとって、この考え方の変化は、人々が最も多くの時間を過ごす場所、つまり自宅と職場に充電設備を適応させるために必要だ。それどころか、ヨーロッパの多くの国が道路や線路の充電ネットワークに重点を置いていることを、シュプレイ氏は残念に思っている。ニーズの認識をこのように単純に変更するだけで、ナトリウムを代替品としてさらに推進することができる。なぜなら、再生可能な資源からのエネルギー貯蔵システムとして家庭や職場にナトリウムを導入できるようになるからだ。ドイツのダルムシュタット工科大学の教授であり、欧州プロジェクトのメンバーでもあるマグダレーナ・グラチク・ザジャック氏は、この意味で活動している。 シンバ第一フェーズは来年6月に終了します。年間8～9か月間は無料で車を運転できるダルムシュタット工科大学教授マグダレーナ・グラチク・ザジャック研究者は、家庭用太陽光発電パネルで集めたエネルギーを、充電可能な家庭用ナトリウムイオン電池に蓄えることに取り組んでいる。これにより、大幅なコスト削減で住宅に電力を供給し、住民の電気自動車を充電できる。「年間 8 か月から 9 か月は無料で車を運転できます」と彼女は言う。プロトタイプはすでに実験室でテストされている。一方の部品である陽極は、木材やその他の生物廃棄物から得られる硬質炭素でできています。陰極には、プルシアンホワイトがテストされています。プルシアンホワイトは、同じ名前の青色顔料から作られた化合物ですが、ナトリウムが多く、最も豊富な金属の1つである鉄が豊富に含まれています。バスク研究センター CIC エナジーグネは、この分野で独自の開発を行っています。物理的蒸発プロセスによって、厚さわずか 7 ミクロン (現在の 70 倍の薄さ) のナトリウム金属アノードを実現しました。このセンターによると、「この進歩により、薄いナトリウムアノードを使用したフレキシブルな固体電池の製造への道が開かれ、グラファイトを使用した液体電解質を使用した現在の電池よりも安全で、安価で、小型の代替品となります。」「ナトリウムは粘土のような粘着質のため、簡単には積層できません」と、このプロジェクトの主任研究者であるモンセ・ガルセラン氏はCIC energiGUNEに説明している。「これまで、ナトリウムの塊を巻く最も一般的な方法は、ハンマーで加工するという基本的なものでしたが、これでは薄くて均質なシートが得られず、バッテリー内に未使用のナトリウムが大量に余っていました。蒸発のおかげで、私たちはその障害を克服することができました」と彼女は断言する。陽極を薄くすることで、必要なナトリウムの量を減らし、バッテリーのコスト、重量、寸法を削減できると同時に、エネルギー密度（貯蔵容量の増加）と安全性が向上します。原材料が安ければ電池も安くなるロサ・パラシン、バルセロナ材料科学研究所 (ICMAB-CSIC)リチウムの代替として使用されるもうひとつの元素はカルシウムです。「カルシウムは地殻に最も豊富に存在する元素のひとつで、リチウムのように特定の地域に集中しているわけではありません。原材料が安ければ、電池も安くなります」と、プロジェクトのメンバーでバルセロナ材料科学研究所（ICMAB-CSIC）のローザ・パラシン氏は言います。 カルバット 1つの 地平線。カルシウムを負極として使用すると、従来のリチウム電池よりもキログラム当たりの蓄積容量（エネルギー密度）が大きいため、リチウムイオン電池のグラファイトよりも有利となる。従来のリチウム電池は、樹状突起と呼ばれる小さな硬い構造を形成し、何度も使用するとショートしたり爆発したりする可能性があると、この団体は述べている。「カルシウムが電解質を通過すると、リチウムの場合のように電子が1つではなく2つ流れ出ます。適切な正極が見つかれば、同じサイズのバッテリーを電気自動車に使用すれば、より長い自律走行性が得られると考えられます」とパラシン氏は説明する。鍵となるのは、最も適切な成分を選択することです。「結局のところ、機能する電解質塩にはすべてホウ素が含まれているようです。私たちは、エチレンとプロピレンカーボネートの混合物に溶解したテトラフルオロホウ酸カルシウムを使用しています」と研究者は言います。デンマーク工科大学の他の研究者は、このプロジェクトで サルベージ、 アルミニウムの陽極と硫黄の陰極から作られた電池。アルミニウムはカルシウムよりもさらに豊富ですが、それを電池に組み込むことは同様の困難を伴います。「使用されている材料はすべて安価です。アルミニウム、硫黄、電解質自体、尿素は非常に安価です。ポリマーでさえ安価です」と、風力発電所や太陽光発電所からのエネルギーを貯蔵するこの選択肢を擁護するデンマークの大学研究者、フアン・ラストラ氏は言う。フォローできます エル・パイス・テクノロジー で フェイスブック ええ バツ…