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2023/12/13

伊藤忠、大型蓄電池に1000億円 再生エネを有効活用 【イブニングスクープ】 日経スクープ 2023年9月7日 18:00 [有料会員限定記事]

https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC022C70S3A800C2000000/

伊藤忠商事は再生可能エネルギーの電気を充放電できる大型蓄電池で最大1000億円の事業を始める。電力系統用の蓄電池の運営を手掛ける豪アケイシャ・エナジーと提携し、2030年までに国内中心に10〜20カ所で蓄電池事業に参画する。

送電線の空き容量不足が深刻になり、太陽光や風力発電など再生エネの稼働を一時的に抑制する「出力制御」が全国に広がった。日本で大型蓄電池が普及すれば、米欧に遅れていた再生エネの有効活用につながる。

アケイシャは米資産運用会社ブラックロック傘下で、電力系統用の蓄電池の着工済み規模で世界最大級を誇る。オーストラリアでは168万キロワット時の容量を備えた蓄電設備を建設している。

伊藤忠は国内中心に投資や融資などで参画する。30年までに最大20カ所程度を設ける大型蓄電池事業は最大で1000億円規模になる。総容量で100万キロワット時となり、国内の再生エネ向け蓄電池で1〜2割程度のシェアになる。

政府、補助金で蓄電池普及を後押し

伊藤忠が大型蓄電池を本格展開する背景には、政府が手厚い補助金支援を決めたことがある。政府は再生エネ向け蓄電池システムの整備に最大半分の補助金を拠出する。

再生エネ向けの蓄電池は容量5万キロワット時の大型システムで50億円程度かかる。蓄電池には寿命があるが、政府の補助金も活用すれば一定の利益を確保できるとみている。

政府は今後10年で150兆円のグリーントランスフォーメーション(GX)投資を官民で想定する。大型蓄電池の普及に向けた支援を強化する方針だ。

蓄電池の価格が下がってきたことも追い風だ。調査会社の米Eソースによると、リチウムイオン電池の価格は30年までに1キロワット時あたり80ドル(約1万1800円)と、23年から2割安くなる見込み。世界で展開するアケイシャと共同調達することで、コストを抑えられる。

アケイシャは人工知能(AI)によるアルゴリズムを用い、電力卸市場での売買に自動で対応するソフトウエアが強みだ。太陽光発電の電気が安い昼に調達して蓄電池にため、需給が逼迫し高値で売りやすい夕方に自動で放出するなどして運用し、収益を高められると判断した。

再生エネ向け蓄電池を巡っては、NTTアノードエナジーが九州電力などと組み7月に福岡県で設備を稼働させたほか、ENEOSや出光興産なども参入を表明した。

出力制御、中部電や関電管内にも広がる

出力制御の広がりで再生エネ電気をためられる大型蓄電池の重要性は高まっている。

2023年に入ってから4月に中部電力、6月に関西電力管内で出力制御を実施し、東京電力管内以外の地域に広がった。太陽光発電協会(東京・港)によると、太陽光が多い九州エリアでは4月だけで出力制御で総発電量の26%が無駄になった。

経済産業省は3月、30年の再生エネ導入目標を達成した場合の出力制御の長期見通しをまとめた。対策を取らない場合、特に風力発電の大量導入が見込まれる東北や北海道で影響が大きく、5割超の電気が捨てられると試算する。

電気を融通し合う送電網の強化や電気をためられる蓄電池の整備が遅れており、官民挙げて出力制御の対応を急ぐ必要がある。大型蓄電池は需給に応じ充放電をすることで調整弁にでき、再生エネを捨てることなく利用できる。

米調査会社ブルームバーグNEFによると、国内の系統用の蓄電池市場は2030年に年636万キロワット時と、22年から約6倍に拡大する見通しだ。

米欧も支援を強化している。米政府はインフレ抑制法(IRA)で、再生エネ向け蓄電池の投資を税額控除の対象とした。欧州でも容量が10万キロワット時を超える大規模な蓄電所の投資計画が相次ぐ。

(大西智也、GXエディター 外山尚之)


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2019/04/11

フィスカー エモーション EV」グラフェンキャパシタ採用

https://kuruma-news.jp/post/139816
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2018/12/03

ジェイテクト、社長が市場投入を前倒しさせたキャパシタの実力

https://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20181203-00000001-rps-bus_all
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2018/11/28

卒FIT向け、蓄電池を使った住宅用太陽光発電の「自家消費」促進サービス

https://draft.blogger.com/blogger.g?blogID=6859862150214547405#allposts


卒FIT向け、蓄電池を使った住宅用太陽光発電の「自家消費」促進サービス


三井物産(東京都千代田区)と九州電力(福岡県福岡市)は11月26日、固定価格買取制度(FIT制度)の買取期間満了を見据え、住宅用太陽光発電設備を所有する顧客を対象に、蓄電池を用いて電力の自家消費を促進することで電気料金を低減させるサービスの実証実験を開始すると発表した。
同実証実験は、各家庭の太陽光発電設備で発電した電力を蓄電池に充電し、必要に応じてその電力を自家消費する。そしてそれによる電気料金低減効果を確認するというもの。
また、バーチャルパワープラント(VPP)等の技術的知見獲得を目的に、米国ソフトウェアサービス会社のSunverge Energy(Sunverge社)が開発したシステム「Dynamic VPP Platform」を活用した蓄電池の群制御動作実験も併せて行う。実証実験の期間は、2019年春頃から1年程度を予定している。
今後の電力供給システムは、従来の大規模電源からVPP等の分散型電源へ変化していくことが想定される。両社は、将来的には大規模な蓄電池群制御の実現により、電力系統安定化等の新たな事業やサービスの展開を目指している。

蓄電池と太陽光発電を統合、Sunverge社の群制御ソフトウェア

Sunverge社の群制御ソフトウェアは、各種メーカーの蓄電システムや屋根置き太陽光発電、電気自動車といった分散エネルギーリソースの接続ができることを特徴としている。
また、Sunverge社は、米国において電力会社や送配電系統運用者、電力小売事業者など向けに、住宅用太陽光発電に蓄電システムを併設し、同社ソフトウェアによる蓄電池と太陽光発電を群として統合制御するサービスを実用化している。
このソリューションは、送配電系統の状況に合わせて、蓄電池の充放電や太陽光発電から系統への送電可否など個々の分散エネルギーリソースの制御を最適な組合せを行うことで、効率的で安定した送配電系統の運用を可能とするものだ。Sunverge社は三井物産ともに、2017年12月、東京電力エリアでこのシステムを実証するため、数十の蓄電ユニットを配置したことを発表している。
なお、三井物産は、このソフトウェアの特徴を活かし、次世代電力事業分野における新規事業の創出に取り組むため、2016年にSunverge社に出資している。

2019年11月以降、住宅用太陽光発電設備は、FIT制度での買取期間が順次終了していく。2019年から2023年までに、約165万件・670万kWが卒FITを迎えるとされている。これをビジネスチャンスととらえ、大手電力会社や新電力、電機メーカーなどが動き始めている。

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2018/11/21

東電・伊藤忠、蓄電池プラン 太陽光買い取り終了にらむ

https://www.nikkei.com/article/DGXMZO36858220U8A021C1000000/?n_cid=SPTMG002


東電・伊藤忠、蓄電池プラン 太陽光買い取り終了にらむ 

環境エネ・素材
2018/10/24 15:24
東京電力ホールディングス(HD)は24日、2019年からの再生可能エネルギーの買い取り制度の期限切れをにらんだ電力プランを11月に始めると発表した。蓄電池の利用を前提とした家庭用プランは大手電力としては初めて。人工知能(AI)で需給を予想し、発電所の電力も組み合わせることで電気代を減らす。23年までに期限切れを迎える約160万世帯を巡る争奪戦が激しくなってきた。
伊藤忠が販売する家庭向けの蓄電池
伊藤忠が販売する家庭向けの蓄電池

■AIで需要予測し蓄電

東電HD傘下の電力小売会社「TRENDE(トレンディ)」が提供するプランは太陽光発電パネルを設置している東北から九州までの家庭が対象となる。目玉は伊藤忠が11月から始めるAIを使った電気代の最適化サービスだ。
天候や曜日などから家庭の電力消費量と太陽光パネルの発電量を予測する。例えば翌日に雨天が予想されるときは発電所が夜間に発電する電力を蓄電池にためておく。太陽光による自家発電と割安な夜間電力を組み合わせることで、4人家族の一般的な世帯で月1500円ほど電気代を削減できる見込み。蓄電池の導入費用と電力料金とは別にAIを使ったサービスの利用料が月1200円かかる。
伊藤忠は蓄電池向けの化学品や部材などを取り扱う流通網を生かして14年から蓄電池の販売を手がけている。取り扱う「スマートスター L」の価格は285万円(税別、工事費別)と高価だが、災害への備えに関心の高い消費者を中心に国内で1万台の販売実績がある。蓄電池を有効活用する料金プランと組み合わせることで販売を伸ばしたい考えだ。

■「FIT切れ」需要、各社が狙う

新プラン投入の背景には、太陽光パネル普及のために国が導入してきた再生エネの固定価格買い取り制度(FIT)が19年11月から徐々に終了していくことがある。余った電気を高く買ってもらえる10年間の期限が切れ始め、19年内には約50万世帯、23年までに160万世帯が電力の売り先を失う恐れがある。約700万キロワットと大型の原子力発電所7基分の電力が宙に浮くことになる。
「FIT切れ」や「2019年問題」ともいわれるこの問題は新たな商機にもなる。既に京セラなどのメーカーが蓄電池の拡販に動くほか、電力小売り全面自由化で顧客獲得を競う新電力も他の大手電力がFIT切れ家庭を取り込もうと動いている。
中部電力は7月、FITが切れた家庭から太陽光の電力を買い取る方針を出した。中部電は太陽光発電で実績のある新電力のLooop(ループ、東京・台東)に9月に出資しており、FIT切れ太陽光の買い取りで連携を見据える。TOKAIホールディングスも新電力のみんな電力(東京・世田谷)と新会社を19年4月に設立し、余った太陽光発電の買い取りを始める。
約2000万世帯の契約を持つ東電HDだが、17年度の販売電力量は10年度比で18%減少した。4~6月期の連結経常利益は673億円と前年同期比117億円の増益。燃料費を料金回収する期ずれでの差益やコストダウンで増益となったが、販売電力量は依然として減少が続く厳しい状況だ。FIT切れの顧客を他の電力大手や新電力に奪われるわけにはいかない。

■分散型に布石

蓄電池は原子力発電所や火力発電所で発電し、送電網で送る中央集権的なビジネスモデルを分散型に変える電力業界の「破壊的イノベーション」の中核をなす。そのため「大手電力は蓄電池事業は積極的にできないのでは」(新電力関係者)との声もあった。
ただ、今回の新たな電力プランではあえて蓄電池の導入を促す。電力販売量が減少したとしても、顧客とのつながりを失うことを避けたいとの思惑が見える。
今回のプランを入り口に、電力会社の事業モデルチェンジも見据える。
伊藤忠が販売する蓄電池には通信機能が内蔵されており、電気をためたり出力したりの遠隔操作が可能だ。大量の蓄電池を群制御することで1つの大型発電所のように運用できる仮想発電所(VPP)にも活用できる。将来的に家庭間で電力取引ができる「ピア・ツー・ピア(PtoP)」と呼ばれる仕組みが動き出せば、家庭にとってさらなる副収入にもつながる。
東電HDの小早川智明社長は「分散電源化などの変化に備え、事業を切り替えていく必要がある」と言う。次世代型の電力システムでは発電所や家庭、企業などの需給データから全体を制御する「アグリゲーター(節電仲介業者)」が主導権を握るといわれており、今のうちからノウハウを蓄積しておく必要がある。
東電は福島第1原発事故の処理で16兆円の費用が必要になる。次世代の電力システムを主導できるかは、今後の経営再建や事故処理の行方を左右する可能性もある。(大平祐嗣、福本裕貴)

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2018/11/09

家庭の消費量把握、電力を最適供給 京セラが実証事業

https://this.kiji.is/406275430548800609
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リチウム危険性

東北新幹線内で発煙、モバイルバッテリーから発火か https://newspass.jp/a/1egvx
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2018/11/08

nawatech

http://www.nawatechnologies.com/en/applications-en/
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2018/11/07

丸紅、スタートアップと新会社 太陽光買い取り

https://www.nikkei.com/article/DGXMZO37464210X01C18A1XQ9000/
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ソーラーパネル発電で燃費向上! 現代自動車が2019年から量産車に搭載へ

https://techable.jp/archives/86828
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東芝マテリアルは、電気二重層キャパシタ(EDLC)など性能を大幅に底上げし、機器に新たな価値をもたらす新材料を開発した。

https://special.nikkeibp.co.jp/atclh/tomorrowtech/material/
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「再エネ+蓄電+水素」の新型システム、太陽光を72時間にわたり安定供給

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/spv/1811/06/news008.html
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次世代バッテリーのカギは、驚異の素材「グラフェン」が握る

https://wired.jp/2018/11/07/graphene-batteries-supercapacitors/

次世代バッテリーのカギは、驚異の素材「グラフェン」が握る

寿命が長く、急速充電が可能な「スーパーキャパシタ(電気二重層コンデンサ)」。リチウムイオン電池といったバッテリーの代替として期待されるこの蓄電装置だが、蓄電できる時間が短いなどの弱点があるため広範な実用には至っていない。いま、その弱点克服のために活用が進められているのが「驚異の素材」と騒がれるグラフェンだ。
Material Graphene
英国マンチェスターにある国立グラフェン研究所内部。PHOTO: MATTHEW LLOYD/BLOOMBERG/GETTY IMAGES
セルビアの首都、ベオグラード。その中心部から出るルート「1E」のバス5台は、まるで未来の乗り物だ。
このルートを走るチャリオット・モーターズ製の電気バスは、スーパーキャパシタ(電気二重層コンデンサー)のみで走行する世界初のバスのひとつである。急速に充電可能でバッテリーの代替になると言われているスーパーキャパシタには、エネルギーの蓄積方法に革命を起こす可能性が秘められている。

革命的バッテリーの弱点

スーパーキャパシタは、バッテリーのように電気を化学エネルギーとして蓄えるのではなく、電気を電界に蓄える。ちょうど、風船の表面に静電気がたまるようにだ。
スーパーキャパシタでは化学反応が起こらないため、リチウムイオン電池のような劣化は起こらず、さらにバッテリーよりも格段に速く充電できる。ベオグラードのバスの場合、たった5分の充電で最大18kmの距離を走行可能だ。また、レアアースにも依存しないという利点もある。
では、なぜ電気自動車や電子機器のバッテリーは、まだスーパーキャパシタに代替されていないのだろうか。その理由はふたつある。ひとつは、スペースあたりで蓄積できるエネルギー量が少ないこと。もうひとつは、バッテリーに比べて電力を保持できる時間が短いことだ。スーパーキャパシタは、満充電しても数時間でエネルギーが漏出して空になってしまうこともある。
バスなら停留所ごとに充電できるからそれでも構わないが、終日走行しなければならない乗用車にはあまり役に立たない。しかしいま、多くの研究者やスタートアップが、スーパーキャパシタの改良に取り組んでいる。
頼みの綱になるのは、史上最も騒がれている素材のひとつ、グラフェンだ。

「表面積」がバッテリーの性能を飛躍させる

グラフェンは、炭素原子が六角形構造に並んだシートだ。2004年にマンチェスター大学で発見されると、たちまち驚異の素材と称賛された。
グラフェンは強くて軽く、表面積が大きく、熱伝導にも電気伝導にも優れている。ところが、約束された“グラフェン革命”はまだ実現していない。「グラフェンはまだティーンエージャーのようなものです」と、Graphene@Manchesterの最高経営責任者(CEO)であるジェームズ・ベーカーは言う。
ベオグラードのバスに搭載されたスーパーキャパシタで使われているのは、活性炭だ。グラフェンも炭素の一形状だが、表面積が極めて大きい(表面積はスーパーキャパシタの性能を左右する)。そのためこの素材は、スーパーキャパシタのパフォーマンスを、電気自動車(EV)や家電製品に採用される実用レヴェルにまで、飛躍的に高める可能性を秘めているのだ。
そうなれば、数秒で充電されるスマートフォンや、信号で停止中に電気を補給できる乗用車が登場するかもしれない。

市場に出始めるグラフェン製品

グラフェンバッテリー市場は2022年には1億1,500万ドル(約130億円)に達すると予測されている。しかし、技術が向上するにつれポテンシャルはそれ以上のものになっている。この技術を研究している企業も、大きな注目を浴びているのだ。
そのひとつが、中国企業のドンシュー・オプトエレクトロニクス(東旭光電)だ。同社はノートパソコン用バッテリーの容量をもち、たった15分で充電できるグラフェンスーパーキャパシタを発表した。
バルセロナに本拠を置くスタートアップのアースダス(Earthdas)は、グラフェンを用いて電動自転車やオートバイ用のスーパーキャパシタを開発してきた。これは、リチウムイオン電池の12倍速く充電できるという。販売開始は2018年内の予定だ。
新種のスーパーキャパシタのなかには、厳密に言えばグラフェンではないものも多い。グラフェンは、専門的には炭素の2次元シートのみを指す用語なのだ。
グラフェンの表面積はすでに極めて大きいが、さらに表面積を広げる努力が続けられている。例えば、グラフェンに小さな穴をあけたり、ナノレヴェルでテクスチャリング(表面処理)したりといった試みだ。
エストニアの企業であるスケルトンテック(SkeletonTech)は、カーヴしたグラフェンを組み込んだ多様な製品を提供している。
また、英国オックスフォードシャーに本拠を置くザップゴー(ZapGo)は、単なる平らな層ではなく、起伏のあるグラフェンとカーボンナノチューブの合成物を用いている。同社初の製品(電動スクーター、クルマ用のジャンプスターター)は、18年後半に発売される予定だ。

問題は品質管理と持続可能性

グラフェンスーパーキャパシタの蓄電時間が、ほぼすべての用途でリチウムイオン電池の代わりになるほど伸びるまでには、まだ時間がかかる。そのため、なかにはハイブリッドシステムを提案する人もいる。急速充電にはスーパーキャパシタ、長時間蓄電のためには従来のバッテリーという組み合わせだ。
もうひとつ想定される問題は生産規模の拡大だ。前評判がよすぎるせいで、グラフェン産業は守られない約束とお粗末な品質管理の“地雷原”と化している。このため、英国国立物理学研究所は18年7月、グラフェンの品質保証に関するイニシアチヴを発表した。
全体としてはリチウムイオン電池よりはるかに環境にやさしく、はるかに容易にリサイクルできるとはいえ、グラフェンの標準的な生産過程では、まだ刺激の強い化学物質が使用されている。2030年には1億2,500万台に達する見込みのEVを充電することになるなら、いまのままではサステナブルとは言えない。
しかし、研究者たちがこうした問題を解決できたなら、グラフェンは世の中の成り立ちを根本的に変えてしまうだろう。

「バッテリーのないクルマ」が生まれる日

フランス南部では、NAWAShellのウルリヒ・グレープとパスカル・ブーランジェが、炭素ベースのスーパーキャパシタを電子機器やクルマ、さらにはフットウェアにも組み込もうとしている。
ふたりが開発中の技術には、カーボンナノロッドが使われている。カーボンナノロッドは異素材に混合したり、コーティングしたりできるため、折りたためるスマートフォンやウェアラブル機器用の可撓性ポリマー、あるいは強くて軽い炭素繊維といった素材と組み合わせられるのだ。
NAWAShellの技術は、ケースにバッテリーが内蔵されたノートパソコンなどにも使える。あるいは、エネルギーを巨大なバッテリーではなくドアやシャシー(車台)に蓄えるEVが生まれる可能性もある。
「ある意味『バッテリーのないクルマ』です」とグレープは言う。NAWAShellの現在の技術レヴェルなら、電気軽自動車のシャシーに組み込んだ小型バッテリーで走行距離を15km延ばせるだろうというのが彼の予想だ。やがては、家の壁にもエネルギーストレージを組み込めるようになるだろうと彼らは言う。
2017年、ランボルギーニは、コンセプトカー「Terzo Millennio(テルツォ・ミッレニオ)」の開発におけるマサチューセッツ工科大学(MIT)との提携を発表した。炭素繊維製のボディに組み込んだグラフェンの類似素材を動力源にして走るEVスーパーカー、というのがこのクルマの開発コンセプトだ。
スーパーキャパシタの技術は急速に向上しており、2020年代初めにはスマートフォンに搭載される可能性もあるが、プリウスに電力を供給するようになるまでにはまだ時間がかかりそうだ。ハイエンドのスポーツカーは言うまでもない。
最終的には、グラフェンもしくは同様の素材でできたスーパーキャパシタが世の中の重要な部分を成すだろう。しかし差し当たっては、ベオグラードのバスでよしとするしかないようだ。

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ソフトバンク、サウジの太陽光発電設備の開発を計画

https://www.bloomberg.co.jp/news/articles/2018-11-06/PHQSRY6JIJUT01
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2018/11/06

2018/11/05

全個体キャパシタ例

https://patents.google.com/patent/WO2015046538A1/ja
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2018/11/04

energy density of 29.41 W h kg−1 at a power density of 628.42 W kg−1 

https://scholar.google.co.jp/scholar?as_ylo=2018&q=the+all+solid+state+supercapacitors&hl=ja&as_sdt=0,5&as_vis=1#d=gs_qabs&p=&u=%23p%3DJM7XqiS-MHAJ
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the+All+Solid+State+Supercapacitors

https://scholar.google.co.jp/scholar?as_ylo=2018&q=the+All+Solid+State+Supercapacitors&hl=ja&as_sdt=0,5&as_vis=1#d=gs_qabs&p=&u=%23p%3DQxUFaNenmNEJ


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3d-printed-supercapacitor-electrodes

https://incompliancemag.com/record-breaking-3d-printed-supercapacitor-electrodes/


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2016/12/14

英大学と英ベンチャー、電気2重層キャパシターの容量密度を100倍に

英大学と英ベンチャー、電気2重層キャパシターの容量密度を100倍に

野澤 哲生
 2016/12/08 18:34


 英University of Surreyと英Augmented Optics社、およびAugmented Optics社の100%子会社である英SuperCapacitor Materials社、英University of Bristol2016125日、従来の100倍の容量密度を備えた電気2重層キャパシターを実現可能な電解質材料を開発したと発表した(発表資料)。電気自動車(EV)の航続距離を600km以上にできたり、スマートフォンを数秒で充電できたりする見通しという。

 電気2重層キャパシターは、正負の電極と電解液の界面に正負の電荷が集まることであたかも2重のコンデンサーが形成されたかのように電力が蓄えられるキャパシター。典型的な特性は出力密度が数kW/kg前後、エネルギー密度が数Wh/kgで、ちょうど一般的なコンデンサーとLiイオン2次電池(LIB)の中間的な特性といえる。ただ、こうした特性は中途半端ともいえ、用途は限られていた。

 今回開発した材料は、ソフトコンタクトレンズに用いる高分子材料から成るゲル。電気2重層キャパシターの電解質として用いることで、エネルギー密度を従来の約100倍の数百Wh/kgにできる見通しという。既存のLIBのエネルギー密度と比べても数倍と高い。出力密度の高さや充放電サイクルでの劣化がほとんどないという特性は従来の電気2重層キャパシターを引き継ぐ。

 この電気2重層キャパシターをEVに用いれば、ガソリン車の匹敵する航続距離を実現できるとする。「既存のEVはロンドンから(約90km離れた)ブライトンまでしか行けないが、この電気2重層キャパシターを使えば、ロンドンから(約600km離れた)エディンバラまで再充電なしで行ける」(University of Surrey)。しかも、1回の満充電に必要な時間は23分と、ガソリンの給油並みに短いという。


 Augmented Optics社とSuperCapacitor Materials社は自社では電気2重層キャパシターは製造せず、ゲルの材料を電気2重層キャパシターのメーカーに提供して共同開発する方針だとする。

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2016/11/25

スマホを数秒で充電&3万回以上充電可能な新しいバッテリー技術が開発される

http://gigazine.net/news/20161125-charge-mobile-seconds/



フロリダ大学の研究チームが、従来のバッテリーの充電時間と使用回数を大幅に向上させる新しいバッテリー技術の開発に成功しました。同研究チームの開発した技術を使えば、スマートフォンの電池を数秒で充電でき、かつ、3万回以上の耐久性を持つ電池の開発が可能になっています。

High-Performance One-Body Core/Shell Nanowire Supercapacitor Enabled by Conformal Growth of Capacitive 2D WS2 Layers - ACS Nano (ACS Publications)
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b06111

アメリカのセントラル・フロリダ大学ナノサイエンステクノロジーセンターの研究チームは、電気二重層という物理現象を利用して蓄電量を高めた「電気二重層コンデンサ」を一般的な電池と同じように使用できるようにする技術の研究を長年続けてきました。その電気二重層コンデンサの蓄電量をリチウムイオン電池と同等に使うには、コンデンサ自体が大きくなりすぎるという問題がありました。


しかし、研究チームはバッテリーの極をグラフェンに代表される二次元状のナノ素材でコーティングする技術を発案。この技術を用いて、二次元状のナノ素材でコーティングしたワイヤーを使った電気二重層コンデンサを開発したところ、電子の高速移動が可能になり高速充電が可能で高いエネルギーとエネルギー密度を備えた電気二重層コンデンサが完成したとのことです。

研究チームが開発した技術を使えば、3万回以上充電できる耐久性を持ち、さらにスマートフォンのバッテリーであれば数秒間でフル充電できる電池の開発が可能になります。

By www.Pixel.la Free Stock Photos

研究を率いたエリック・ヤング准教授は「二次元状のナノ素材を既存のシステムにどうやって組み合わせるかが長年の課題でしたが、我々が開発した化学合成法を使えば既存の素材と二次元状のナノ素材を適切に組み合わせることができます」と実験のブレイクスルーが化学合成にあったことを明かしています。

また、ヤング准教授は「小さな電子機器の場合であれば、我々が開発した技術はエネルギー密度・電力密度・安定性において既存の技術を大きく凌駕している」と話していますが、記事執筆現時点では実証モデル開発に成功した段階であり、商品化にはまだ長い時間がかかりそうです。

なお、研究チームは今回発明されたバッテリー技術の特許を申請している最中です。

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2015/10/10

米ハーバード大が開発 画期的な蓄電池(ナショジオ)

http://mw.nikkei.com/sp/#!/article/DGXMZO92371410S5A001C1000000/

画期的な蓄電池を開発、住宅用にも 米ハーバード大
2015/10/10 3:30
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ナショナルジオグラフィック日本版

米ハーバード大学の研究チームがこのたび無害、非腐食性、不燃性の新しい素材を使った、安全安価で高性能なフロー電池の開発に成功した。(PHOTOGRAPH BY ELIZA GRINNELL, HARVARD PAULSON SCHOOL OF ENGINEERING AND APPLIED SCIENCES)
 太陽光発電のみで電力をまかなえる家に住みたいと願うなら、曇りの日用に電力を蓄えておけて、発火するおそれのない安全な電池が必要だ。米ハーバード大学の研究者が、そんな蓄電池を考案したと科学誌「サイエンス」2015年9月25日号で発表した。

 未来の電池を開発しようと世界中の研究者がしのぎを削るなか、今回開発されたのはフロー電池と呼ばれるタイプのものだ。安価で無害、非腐食性かつ不燃性の材料でできており、しかも高性能であるという。

 「誰でも使えるようになるという意味で、畜電池は大きく前進しました」。ハーバード大学の工学教授で、論文の共同執筆者であるマイケル・アジズ氏はこう説明する。腐食の心配がない安全な電池であれば、事業用にも家庭用にも適している。「自宅の地下室にも安心して置いておける化学物質が使われています」

 気候変動問題が深刻化し、太陽光や風力などのクリーンな再生可能エネルギーへの期待が高まるにつれ、5年ほど前から電力貯蔵技術の研究がさかんになってきた。理由は簡単だ。太陽光発電や風力発電は出力の変動が大きく、太陽が出ていないときや風が吹いていないときに備えて電力を貯蔵する必要がある。

 蓄電池のなかでもよく知られているのはリチウムイオン電池だ。今から20年以上前に主に個人用電子機器向けに実用化されたものだが、特に大出力のものは高価で、発火の危険性がある。実際、電気自動車で発火事故が数件起きているほか、大量のリチウムイオン電池を輸送する貨物機で火災が発生したこともある。

 研究者たちは現在、リチウムイオン電池の改良に取り組むほか、まったく別の方式も模索している。今回のハーバード大学の研究チームのように米国エネルギー省から資金を得て、新しい材料の組み合わせや、ナノサイズの電極の開発に取り組む研究者もいる。

 アジズ氏のチームはフロー電池に注目した。フロー電池は、電気が発生する電池セルとは別のところにあるタンクの液体にエネルギーを貯蔵するため、タンクを大きくすればより多くのエネルギーを貯蔵できる。問題は、フロー電池のほとんどがバナジウムなどの高価で腐食する金属を使っていることだった。

■すでに複数の企業がアプローチ

 ハーバード大学の科学者たちは2014年、バナジウムの代わりにキノンという有機分子を使ったフロー電池を試作した。この試作品はうまく機能し、欧州の企業に製造を許諾したが、材料に有害で揮発性のある臭素が含まれていた。研究チームは今回、臭素をフェロシアニドという無害な非腐食性イオンに置き換えることに成功した。

 「フェロシアニドは青酸と同じシアン化物なので、毒性があると思われるかもれませんが、そうではありません」と、ハーバード大学のポスドク時にこの新しい素材を考えつき、現在は米コロラド大学ボールダー校に所属するマイケル・マーシャク氏は説明する。「青酸は体内の鉄イオンと非常に強く結びついて呼吸を阻害し、致死的な作用を及ぼします。これに対して、フェロシアニドは最初から鉄と結びついているので安全なのです」。フェロシアニドは食品添加物や肥料にも広く用いられているという。

 米アルゴンヌ国立研究所エネルギー貯蔵共同研究センターのジョージ・クラブツリー所長は、「この研究は、有機分子を電池に活用する新しい分野を開拓するものです」と言う。彼はこの新分野を「画期的で有望」と評価し、さらに多くの成果を生むだろうと予想する。

 今回の研究には関与していないが、米ケース・ウェスタン・リザーブ大学の工学教授で蓄電池の専門家であるロバート・サヴィネル氏は、「大容量化が容易で危険性がなく、製造コストも抑えられるでしょう」と、この電池の優れた性能を認めている。サヴィネル氏は、10年以内に商品化も可能だろうと期待を寄せるが、まださらなる検証も必要だと述べている。

 アジズ氏自身も検証の必要性を認めている。研究チームは短時間の実験結果で寿命を推定しただけなので、「何千回、何万回の充放電サイクルを経ても劣化しないことを証明する必要があります」と言う。彼は1年以内にこのテストを始めるつもりだが、ハーバード大学はそれ以前に製造を許諾する可能性がある。

 アジズ氏は、すでに複数の企業からアプローチを受けていることを打ち明け、「そう遠くない時期に商品化が実現するかもしれません」と言う。具体的な時期は、製造を許諾される企業が新興企業か大きな電池メーカーかで変わるだろう。

 ほかにも、起業家イーロン・マスク氏のテスラ・ギガファクトリー(米国ネバダ州)などが、自動車用、家庭用、事業用に畜電池の大量生産をめざしている。太陽光や風力による発電能力が上がるにつれ、エネルギー貯蔵分野の競争がもっとさかんになることをアジズ氏は期待している。

 しかし今後の電力貯蔵用電池の市場の巨大さを考えると、「最も安価な電池でさえ、需要をすべて満たすにはおそらく相当な時間がかかるでしょう」

(文 Wendy Koch、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社)

[ナショナル ジオグラフィック ニュース 2015年9月29日付]


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