新しい「水電池」はリチウムイオン電池よりも安全で安価

RMIT は、世界中の研究者と業界パートナーのチームを率いて、リチウムイオン電池よりも大幅に安全であると期待される新しいリサイクル可能な「水電池」を開発しました。

 

リチウムイオンエネルギー貯蔵は、その成熟した技術により市場を支配していますが、内部の揮発性物質の安全性の問題により、大規模なグリッドエネルギー貯蔵への適合性は限られています。

 

RMIT大学理学部の教授であり主任研究者の馬天一氏は、このバッテリーは水エネルギー貯蔵装置という新興分​​野の最先端にあり、技術の性能と寿命を大幅に向上させる画期的な進歩を遂げていると語った。

 

馬教授は次のように語った。「私たちが設計し、構築したのは、水金属イオン電池、あるいは水電池と呼ばれるものです。」

 

研究チームは、正極と負極の間で電気を流す有機電解質の代わりに水を使用した。つまり、彼らのバッテリーはリチウムイオンバッテリーのように発火したり爆発したりしないのだ。

 

「現在のエネルギー貯蔵技術は、バッテリーを安全に解体し、材料を再利用またはリサイクルすることで、世界中の消費者、業界、政府が直面している寿命終了時の廃棄問題を解決します。」

 

「水電池の製造工程がシンプルなため、大量生産が可能です。」

 

「私たちはマグネシウムや亜鉛など、自然界に豊富に存在し、他の種類の電池の代替品よりも安価で毒性が低い材料を使用しています。これにより、製造コストが下がり、人体や環境へのリスクが軽減されます。」

 

エネルギー貯蔵とライフサイクルの可能性

 

チームは、エネルギー貯蔵容量と寿命の向上を含むさまざまな技術的課題に対処するために、多数の査読付き研究のために一連の小規模な試験用バッテリーを製造してきました。

 

「Advanced Materials」誌に掲載された最新の研究で、研究チームは、短絡やその他の重大な故障を引き起こす可能性のある破壊的なデンドライト（鋭い金属構造）の成長という大きな課題を克服することに成功した。

 

研究チームは、影響を受けたバッテリー部品を、樹枝状結晶の形成を防ぐ保護層として、ビスマスと呼ばれる金属とその酸化物（錆としても知られる）でコーティングしました。

 

「当社のバッテリーは寿命が長くなり、市販のリチウムイオンバッテリーに匹敵するため、実際のアプリケーションでの高速かつ集中的な使用に最適です。」

 

「当社は、優れた容量と長い耐用年数を備え、高度なバッテリー技術を備えているだけでなく、当社の設計とソーラーパネルをうまく組み合わせて、効率的で安定した再生可能エネルギー貯蔵を実証しました。」

 

チームの水電池は、エネルギー密度の点でリチウムイオン技術との差を縮めており、単位電力あたりに使用するスペースをできるだけ少なくすることを目標としています。

 

「私たちは最近、エネルギー密度が 1 キログラムあたり 75 ワット時 (Wh/kg) のマグネシウムイオン水電池を開発しました。これは最新のテスラ車用バッテリーの 30% に相当します。」

 

この研究はSmall Structures誌に掲載されました。

 

「次のステップは、電極材料として新しいナノ材料を開発することで、水電池のエネルギー密度を高めることです。」

 

馬教授は、マグネシウムが将来の水電池の主力材料になる可能性が高いと述べた。

 

「マグネシウムイオン水電池は、短期的には（1～3年程度）、長期的には（5～10年後には）鉛蓄電池に取って代わる可能性があります。」

 

「マグネシウムは、亜鉛やニッケルなどの代替金属よりも軽量で、潜在的なエネルギー密度が高いため、バッテリーの充電時間が短縮され、電力を大量に消費するデバイスやアプリケーションをより適切にサポートできるようになります。」

 

潜在的な用途

 

馬教授は、チームのバッテリーは大規模な用途に適しており、特に安全性の面で、グリッドストレージと再生可能エネルギーの統合に最適であると述べた。

 

「技術が進歩するにつれ、人々の家や娯楽機器への電力供給など、他の種類の小型エネルギー貯蔵アプリケーションも現実のものとなるかもしれません。」

 

ARC連携プロジェクトの一環として、馬教授のチームは、シドニーを拠点とする技術革新企業である業界パートナーのGrapheneXと協力して、水電池の継続的な開発に取り組んでいます。

 

「当社は、オーストラリア、米国、英国、日本、シンガポール、中国などの一流大学や研究機関の研究者や専門家とも緊密に連携しています。」

 

「こうした連携により、知識の交換や最先端の​​施設へのアクセスが容易になります。さまざまな分野におけるこのグローバル チームの専門知識を活用することで、さまざまな視点から複雑な課題に取り組むことができます。」