新しい電解液と電極の組み合わせで、2,000回の充電で容量減衰がほとんどない。
- asayed1
- Oct 29, 2022
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亜鉛イオン電池の高性能化により、リチウムイオン電池よりも安価で安全、かつ環境にやさしい蓄電池が実現できる。
これまで、亜鉛イオン電池は使用中に急速に劣化することが大きな障害となっていた。今回、KAUSTの研究チームは、新しい電解質と電極の組み合わせを開発し、亜鉛イオン電池の性能のいくつかの側面、特に複数の充電・放電サイクルに対する安定性を改善しました。この研究成果は、Energy & Environmental Science誌に掲載されました。" 水系亜鉛イオン電池の濃縮デュアルカチオンの電解質戦略 "
太陽光発電所や風力発電所などの再生可能エネルギー源に接続された定置用バッテリーは、化石燃料を使用した現在の電力網からの移行の鍵となる可能性があります。ノートパソコンや電気自動車など、電池のサイズと重量が重要なモバイル用電池とは異なり、定置用電池は比較的大きく重いため、リチウムイオンに代わる二次電池技術を展開できる可能性がある。
亜鉛イオンの水溶液を中心とした電池は、高容量、低コスト、毒性がないという点で、定置型蓄電池として大きな可能性を示している。「しかし、サイクル安定性が低いことや自己放電が速いことなどの問題から、水系亜鉛イオン電池は実用化されていませんでした」と、この研究を主導したHusam Alshareef研究員、Yunpei Zhuは言う。「この2つの問題は、いずれも電解液と電極材料の設計に関係しています」と朱は言う。水をベースとする電解質は、電池の両電極で問題を起こし、負極では有害な副反応を、正極では急速な溶解を引き起こした。
そこで研究チームは、塩分濃度が非常に高い水電解質を開発した。水溶液中に塩イオンが多く存在し、周囲の水分子と結合していれば、電極にダメージを与える自由水の分子は少なくなる。
亜鉛塩は通常、水への溶解度が低いため、研究チームはナトリウムを加えて過塩素酸亜鉛と過塩素酸ナトリウムの高濃度電解質を作製した。「この組み合わせにより、高いイオン伝導性、安全性、環境適合性など、亜鉛イオン電池の主要な特性を損なうことなく、水の活性を抑制する非常に高い溶解度を実現できることがわかりました」と朱教授は語る。
研究チームは、新規電解質に加えて、ナノファイバーベースの新しい電池用正極材料も開発した。「ナノファイバーの形態がイオン拡散を促進するため、水系Znイオン電池の充電・放電速度が速くなります」とAlshareef助教は言う。テストでは、2,000回の充電サイクルの間、容量の減衰がほとんど見られなかったという。「この電極と電解液の組み合わせは、従来の水系Znイオン電池の欠点を解決する可能性があります」とAlshareef助教は述べている。
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