2013年04月17日

スーパー・パワー3D電極バッテリー「microbatteries」の開発。

BBC Newsは、私たちは家電と乗り物に動力を供給する方法を革新することができたとその創造者が言う、新しいタイプのバッテリーが開発されていると報告した。

イリノイ大学(University of Illinois)のチームは、3D電極(3D-electrodes allows)の使用で、市販のオプションより半分以下の大きさの「microbatteries」は、同じサイズより強力であると言っている。

またそれは、ライバルのテクノロジーより1,000倍速く充電することができると付け加えた。

しかし、安全問題はまだ残されている。

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研究の詳細は、イギリスの科学雑誌「ネイチャー誌コミュニケーション(Nature Communications)」で公表されている。

High-power lithium ion microbatteries from interdigitated three-dimensional bicontinuous nanoporous electrodes

James H. Pikul,
Hui Gang Zhang,
Jiung Cho,
Paul V. Braun
& William P. King

AffiliationsContributionsCorresponding authors
Nature Communications 4, Article number: 1732 doi:10.1038/ncomms2747
Received 29 August 2012 Accepted 13 March 2013 Published 16 April 2013

研究者は、スマートフォンおよび他のデバイスは小型化されたエレクトロニクスから革新が利益を得ているが、バッテリー進歩がペースを維持していないと、この問題にアドレスするのを支援するべきであると言った。

化学反応が生じるところで、バッテリーは2つの電極(electrodes)と呼ばれるコンポーネントを持っていることにより働く。

単純な用語として、陽極は、酸化と呼ばれるプロセスの結果電子をリリースする電極である。

陰極は、電子が流れたく吸収されたいバッテリーの反対側の電極になる。
しかし、3番めの電解質要素は直接旅行することからそれらを閉鎖している。

バッテリーがデバイスに差し込まれる場合、電子は1つの電極から別の電極まで旅行し、その回路を流れることができる。

その間に、陽極の酸化プロセスに関与する電荷を帯びた粒子のイオン(Meanwhile ions)は電解質によって移動する。

それらは、陰極に達する場合、別のルート経由で移動した電子で反応する。

科学者の「突破口」は微小規模で陽極と陰極を統合する、新しい方法を見つけることを必要とした。

「電池電極は、互いに達する小さな絡み合った指を持っています。」とプロジェクト・リーダーのウィリアム・キング教授(Prof William King)がBBCに伝えました。

「それは2、3のことをします。たとえ全面的なバッテリー・ボリュームが非常に小さくても私たちがバッテリーに非常に高い表面積を持たせることを可能にします。」
「また、それは、バッテリーの二等分をともに非常に接近しているようにします。したがって、イオンと電子は遠くに流れる必要はありません。」
「イオンと電子のなだらかな距離を縮小したので、私たちはエネルギーをはるかに速く得ることができます。」

この電池は、大学で別のチームによって開発されたリチウム・イオン(lithium ion/Li-on)とニッケル地金水素化物(NiMH)等価物よりバッテリーを充電するために、それをより速く作るように設計しているプロセスを適応させることにより作り上げられた。

それは小さなポリスチレン球で作られており、次に、構造中の、およびその構造のまわりのスペースを金属で満たす格子を作成することを含んでいる。

その後、球体は陽極を形成するためにニッケル・スズ合金が付け加えられ、3D金属足場、および陰極を形成するためにマンガン・オキシヒドロキシドと呼ばれる鉱物を去るために溶かされる。

最後に、デバイスに付けられたガラス表面は300度C(572度F)まで熱した液体へ投入した。

「今日、私たちはブティック組立て工程で少数のこれらのものを作っています。しかし、それが信頼できて、私たちがそれを繰り返すことができる間、私たちは、大きなエリア一帯の多くのこれらのものを作ることができる必要があります。」とウィリアム・キング教授が言った。

「しかし、原則として、私たちの技術は、エレクトロニクスと乗り物まで途中ずっと計量可能です。」
「あなたは自動車バッテリーを私たちのバッテリーのうちの1つに取り替えることができました。また、それは10倍小さいでしょう、あるいは10倍強力です。それを念頭において、携帯電話中のバッテリーを備えた自動車を始動させることができました。」と言っている。

他のバッテリー専門家はチームの努力を歓迎したが、市場へ技術を出すことが困難であるかもしれないと言った。

ケンブリッジ大学の化学学科のクレア・グレー教授(Prof Clare Grey from the University of Cambridge's chemistry department)は「この挑戦はmicrobattery配列を作るために、それは十分に強健である、またそれにはプロセスによる全体の配列中の単一の短絡がない、それはより安くなるある場合がある。」言った。

無機化学とエネルギーのエキスパートで、オクスフォード大学の教授ピーター・エドワーズ(University of Oxford's Prof Peter Edwards - an expert in inorganic chemistry and energy)は、さらに疑問を示し、
「これは、高い出力密度がそのような革新によって達成可能であることを実証する、非常に刺激的な発展です。」と言った。

これから、新しいバッテリーは、どんどん開発されることだろう。
その中で安く、強力で、小型化され、壊れにくいかと言う永遠のテーマは、どんどん進化することだろう。

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