スタンフォード大学が率いる国際的な研究者チームは、現在市販されているものの最大XNUMX倍の電荷を蓄えることができる充電式電池を開発しました。
それは充電式電池の使用を加速し、電池研究者を彼らの分野のXNUMXつの上位目標の達成に向けて一歩近づけることができます：毎日の電気自動車の代わりに携帯電話を週にXNUMX回だけ充電できる高性能充電式電池を作成する充電せずにさらにXNUMX倍移動できます。
スタンフォード化学教授のHongjieDaiと博士候補のGuanzhouZhuが率いる研究者チームによって開発された、新しいいわゆるアルカリ金属-塩素電池は、塩化ナトリウム（Na / Cl）の前後の化学変換に依存しています。2）または塩化リチウム（Li / Cl2）塩素に。
電子が充電式電池の一方の側からもう一方の側に移動すると、再充電すると化学物質が元の状態に戻り、別の使用を待ちます。 非充電式バッテリーにはそのような運はありません。 一度排出されると、それらの化学的性質を回復することはできません。
「充電式バッテリーは、ロッキングチェアに少し似ています。 それは一方向に傾くが、電気を加えると元に戻る」とダイは説明した。 「ここにあるのは、揺れ動くロッキングチェアです。」
偶然の発見
高性能の充電式ナトリウム-塩素またはリチウム-塩素電池をまだ誰も作成していなかった理由は、塩素が反応性が高すぎて、高効率で塩化物に戻すのが難しいためです。 他の人がある程度の充電性を達成できたいくつかのケースでは、バッテリーの性能が悪いことが判明しました。
実際、DaiとZhuは、充電式のナトリウムとリチウム-塩素電池の作成に着手したのではなく、塩化チオニルを使用して既存の電池技術を改善することだけを目的としていました。 この化学物質は、1970年代に最初に発明された使い捨て電池の人気のあるタイプである塩化リチウムチオニル電池の主成分のXNUMXつです。
しかし、塩素と塩化ナトリウムを含む初期の実験のXNUMXつで、スタンフォード大学の研究者は、ある化学物質から別の化学物質への変換が何らかの形で安定し、ある程度の再充電が可能であることに気づきました。 「それが可能だとは思わなかった」とダイは言った。 「何が起こっているのかを実際に理解するのに少なくともXNUMX年かかりました。」
次の数年にわたって、チームは可逆化学を解明し、バッテリーの正極用の多くの異なる材料を実験することによって、それをより効率的にする方法を模索しました。 大きな進歩は、彼らが共同研究者である台湾の国立中正大学のYuan-YaoLi教授と彼の学生であるHung-ChunTaiの高度な多孔質炭素材料を使用して電極を形成したときに起こりました。 炭素材料は、多くの超小型細孔で満たされたナノスフェア構造を持っています。 実際には、これらの中空球はスポンジのように機能し、他の方法では接触しやすい塩素分子を大量に吸収し、後でミクロポア内で塩に変換するためにそれらを保存します。
「バッテリーが充電されると、塩素分子がカーボンナノスフェアの小さな細孔に閉じ込められて保護されます」とZhu氏は説明しました。 「その後、バッテリーの消耗や放電が必要になったときに、バッテリーを放電して塩素を変換し、NaCl（食卓塩）を作り、このプロセスを何サイクルにもわたって繰り返すことができます。 現在、最大200回のサイクルが可能ですが、まだ改善の余地があります。」
その結果、バッテリー設計の真ちゅう製リング、つまり高エネルギー密度への一歩が生まれました。 研究者たちはこれまでに正極材料1,200グラムあたり200ミリアンペア時間を達成しましたが、今日の市販のリチウムイオン電池の容量はXNUMXグラムあたり最大XNUMXミリアンペア時間です。 「当社の容量は少なくともXNUMX倍です」とZhu氏は述べています。
研究者たちは、衛星やリモートセンサーなど、頻繁な再充電が実用的または望ましくない状況で、いつの日かバッテリーが使用されることを想定しています。 他の方法で使用できる衛星の多くは現在軌道上に浮かんでおり、電池が切れているために時代遅れになっています。 長寿命の充電式電池を搭載した将来の衛星には、ソーラー充電器を搭載して、その有用性を何倍にも拡大する可能性があります。
しかし今のところ、彼らが開発した実用的なプロトタイプは、補聴器やリモコンなどの小さな日常の電子機器での使用に適している可能性があります。 家庭用電化製品または 電気自動車、バッテリー構造の設計、エネルギー密度の増加、バッテリーのスケールアップ、およびサイクル数の増加には、さらに多くの作業が残っています。
ELEタイムズビューロー
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