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大阪府立大など、ナトリウム蓄電池の室温作動に成功

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大阪府立大学は、全固体ナトリウム蓄電池の室温作動に世界で初めて成功したと発表した。全固体ナトリウム蓄電池は、ポスト・リチウムイオン電池として近年研究が活発化している。今回の成果により、安全性と高エネルギー密度を兼ね備えた本蓄電池の普及が期待される。

現在、電気自動車をはじめとするエコカーの駆動電源や、太陽光や風力発電などの再生可能エネルギーによって発電された電気を貯蔵するための定置用電源として、大型化、一層の安全性、低コスト化を実現した高性能な蓄電池の開発が急務となっている。ナトリウムイオンを用いて電力を繰り返し貯蔵・放出可能なナトリウム蓄電池は、資源が豊富なナトリウムを利用しており、低コスト化が可能なため、大型蓄電池としての普及に対しては有利とされている。また、従来リチウムイオン電池に用いられてきた有機電解液を、無機固体電解質に置き換えた全固体電池は、電解質が不燃性の固体となるため、電池の安全性が向上するだけでなく、高エネルギー密度と長寿命を兼ね備えた次世代の革新型蓄電池として注目されている。そこで、全固体ナトリウム蓄電池を実現するために、室温でナトリウムイオンが高速移動できる固体電解質の開発が求められていた。

今回、同大学の林晃敏助教・辰巳砂昌弘教授らの研究グループは、ガラスを結晶化させる手法によって、ナトリウムイオン伝導性を示す無機固体電解質を新たに開発し、それを用いた全固体ナトリウム蓄電池が、室温で繰り返し充電・放電できることを世界で初めて実証した。

これまで、ナトリウムイオンを伝導種とする蓄電池としては、唯一、ナトリウム-硫黄電池が大型電力貯蔵用の蓄電池として既に実用化されているが、この電池は、イオン伝導性を高めるとともに、正極(硫黄)および負極(ナトリウム)を溶融状態で使用するため、250℃以上に加熱して運転する必要があった。一方、全固体電池には、電極および電解質の薄膜を積層して得られる薄膜型全固体電池と、微粒子を積層して得られるバルク型全固体電池の2つに大別されるが、バルク型電池においては、固体内のイオンの移動が電解液に比べて困難なことや電極-電解質間における固体界面接合の困難さから実用化された例はまだなかった。今回、開発した無機固体電解質(ガラスセラミック)を用いてバルク型全固体ナトリウム蓄電池を試作し、前述の結果を得た。室温で作動する全固体ナトリウム蓄電池が開発されれば、ヒーターなどの電池加熱用の補機が不要となり、電池トータルとしてのエネルギー効率が向上するとともに、電池の安全機構が簡略化することから電池の小型化、軽量化が可能となる。

参考:大阪府立大学 - 全固体ナトリウム蓄電池の室温作動に世界で初めて成功

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