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【物理】レアメタル不要で発火の心配なし、新型シート電池の正体

1:2014/02/28(金) 21:18:53.99 ID:
日本マイクロニクスは、グエラテクノロジー(神戸市)と共同で、新原理による二次電池「battenice」の量産化技術の開発に成功した。
通常の化学電池ではなく量子技術を用いた「物理電池」に分類されるもので、
試作した100mm角、厚さ11μm(ミクロン)のシート状電池では、
単3形乾電池2本(直列接続)で約1分充電することで、小型モーターでファンを1分間以上回せる性能を実現している(図)。
しかも、ファンの回転数はほぼ一定であり、放電特性は電気ニ重層キャパシターのように
電圧が放電に応じて比例的に下がるのではなく、化学電池のように一定電圧を維持する。
同社によれば、電圧が1.5Vでエネルギー密度が500Wh/L、出力密度が8000W/L、サイクル寿命(初期容量の90%以上の容量保持)が10万回、
動作温度範囲が-25~+85℃を実現できるとみている。
試作品では基板に厚さ10μmのステンレス箔を用い、基板の片面のみに電池となる層を形成しているが、
より薄く比重も軽いアルミニウム箔を基板に使い、電池となる層も基板の両面に形成することで、この目標値を達成したい考えだ。

■新電池が持つ6つの長所
同電池は端的に言えば、絶縁膜(絶縁性樹脂または無機絶縁物)で覆った
n型金属酸化物半導体〔例えば、二酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)など〕の微粒子を充電層に用いたものである。
製造の過程で、同充電層に紫外線をある条件で照射しておくことで、n型金属酸化物半導体のバンドギャップ(価電子帯と伝導帯の間の幅)内に
新たなエネルギー準位が多数形成される。
充電によってそれらの準位に電子を入れ、放電時にはそれらの準位にある電子を放出させることで、二次電池として機能する。
日本マイクロニクスによれば、新型電池は次のような長所を持つ。
(1)全てが固体からできた電池であるため液漏れの心配がない
(2)可燃性の材料を使わないので熱暴走による発火の心配がない
(3)レアメタルやレアアースを使わないので資源調達にも不安がない
(4)環境負荷の高い物質を使っていないので環境にやさしい
(5)充放電サイクル寿命が長い(加速試験では1万回以上を確認済み)ので廃棄物の低減につながる
(6)出力密度がキャパシタ並みに高い――などだ。

>>2
につづく)


ソース:レアメタル不要で発火の心配なし、新型シート電池の正体  /日本経済新聞
http://www.nikkei.com/article/DGXNASFK2501B_V20C14A2000000/

イメージ:新原理二次電池「battenice」の試作品によるデモの様子。100mm角、厚さ11μmのシート状のもの

2:2014/02/28(金) 21:19:44.77 ID:
>>1
記事の続き
■Liイオン2次電池置き換えるものではない
では、同電池はリチウム(Li)イオン2次電池を置き換えるものなのか。この点については、現時点では一概にはそうとは言えないと考えられる。
なぜなら、同電池の場合、電極当たりのエネルギー密度の点で高性能なリチウムイオン2次電池に劣っている上、
技術的なブレークスルーがなければエネルギー密度を大幅に向上させることは難しそうだからだ。
現在の民生用リチウムイオン2次電池では、「18650」と呼ぶ円筒型セルでエネルギー密度が650Wh/Lを超える。
これに対して、新型電池は前述のように初期生産品の目標値が500Wh/Lである。
さらに、新型電池の場合、現状では1枚の基板に形成できる充電層は薄いものに限られ、最大でも2層(両面形成の場合)までとなる。
充電層の厚みを増したり、充電層を電極などを介して多層化したりすると、
紫外線照射によって充放電機能を持たせる充電層の厚さ方向の均一性を保ちにくくなるためだ。
実際、試作品では厚さ10μmのステンレス箔に厚さ1μmの電池の層を形成している。
これを厚さ10μm未満のアルミ箔にし、両面に電池の層を形成することで500Wh/Lの実現を狙っている。
充電層の厚みに対して基板の厚みを大幅に薄くできれば電力密度を大幅に向上できる可能性もあるが、基板のハンドリング(取り扱い)が悪くなるという課題があるという。

■新市場の形成に期待
もっとも新型電池には、リチウムイオン2次電池よりも優れた点が幾つもある。
出力密度が非常に高いことと、液漏れや熱暴走による発火の心配がないこと、資源調達に不安がないこと、充放電サイクル寿命が長いこと――などだ。
これらの長所を生かすことで、リチウムイオン2次電池とは違った用途で有効な使い道があると考えられる。
そのため、従来のように積層してバルク型の電池にするという使い方にこだわらず、
薄いシート状である特徴を生かしてウエアラブル機器向けや薄膜太陽電池との組み合わせ、さらに基板内蔵電池などといった、新市場の形成に期待がかかる。
日本マイクロニクスは、今回の試作品のほかに、300mm角で厚さ11μmのシート状電池(電池層は片面)や、
100mm角で厚さ11μm(電池層は片面)のシートを32枚重ねた電池などを作製済み。2014年内には、用途開発のためのサンプルを出荷する計画としている。
3:2014/02/28(金) 21:20:11.50 ID:
レアメタル卒業おめでとう
7:2014/02/28(金) 21:26:52.33 ID:
よーわからんけど太陽電池かLEDみたいなものなのか?
教えてエロい人
11:2014/02/28(金) 21:31:47.69 ID:
温度環境下はどうなんだろう?
20:2014/02/28(金) 21:41:20.58 ID:
てか家庭用乾電池の大きさや性能が
何十年も変わらないのって、考えてみたら変だな。
あれだけ進化らしい進化が無いって。
22:2014/02/28(金) 21:45:53.52 ID:
既存の電池が世界中全て置き換わるような大発明が既に完成して製品化目前って前提の株価だったのが
そんなことなかったって分相応に戻し始めた。
これからでるであろう材料込みの値段だから、サプライズがないかぎりどれだけ報道されようが上がりようがないかと。

他に代わりのない優秀な技術、ってたくさんあるのよね。
コストそのままに既存の光ファイバーの100倍以上の通信方式とか、
ブルーレイの50倍の容量の円盤とか、
容量と速度が100倍でコストが10分の1のSSDとか、
効率大幅アップの太陽電池とか。
世界が変わる発明でしょ?
でもでないわけ。
バテナイスはそれらに比べたら、既存の技術の1.5倍くらいいければいいって程度のものだし、
性能で一番重要な点でリチウムイオン電池より劣っているからね。
そしてリチウムイオン電池はずっと性能アップし続けている。パソコンのCPUのように。
5年後なら2倍近い性能を持ってるだろうね。(実際そこらへんを国はもくろんでる)
同じような性能なら、既存の生産設備にかけたコストをむだにしてでも乗り換える意味なんて全くないからね。
23:2014/02/28(金) 21:47:26.50 ID:
アルミとアルミの真ん中にシリコンと珪素粉末をサンドイッチで電解コンデンサー状態を形成した
紙状コンデンサーでちゅか?
24:2014/02/28(金) 21:54:49.36 ID:
つまり10万回書き換え可能なフラッシュメモリーが出来たと
27:2014/02/28(金) 22:00:03.77 ID:
多層化で容量を稼げないのは辛いな。

そのうち可能になれば既存のLiバッテリーを置き換えられるかもしれないけど。
79:2014/03/01(土) 10:04:17.81 ID:
>>27
32積層とかできてるよ。

今回、16層のものでコニカミノルタの有機EL照明を点灯させるデモやってた。
94:2014/03/01(土) 13:52:51.01 ID:
>>79
上は太陽電池、下は有機EL、間にこの電池で
アーケードや球場の天井とかどうだろう
44:2014/02/28(金) 23:50:58.01 ID:
発火爆発の危険性ないなら多少密度が低くてもぜんぜんいいわ。

最近電池外せない携帯タブレット多いけどみんな古くなったらどうするの?
57:2014/03/01(土) 01:21:16.88 ID:
1000円台の頃買っといて放置してたんだが、これニュース板で取り上げられたのは初めて?
もしかして、意外と知られてないのかな
58:2014/03/01(土) 01:22:33.03 ID:
>>57
嫌儲に立ったかな
60:2014/03/01(土) 01:40:14.71 ID:
でも発火しないなら特亜方面には売れないな
69:2014/03/01(土) 07:29:05.62 ID:
雷の電気を蓄電できる?!
73:2014/03/01(土) 09:05:28.80 ID:
多層化がどうって、コンデンサみたいに巻いて使えばええんちゃうん?
76:2014/03/01(土) 09:36:21.35 ID:
ウェアラブルデバイスへの利用を想定している的な書かれ方だけど
大幅な容量増加が見込めない以上、歩数計くらいしか想像できない。
82:2014/03/01(土) 11:00:57.21 ID:
 電池と書いてるから充放電の効率は電池並かな? するとリチウム充電池の
一種かな。 それでも技術進歩は喜ばしい。 出来ればキャパシタの飛躍的な
性能向上が望ましいが、キャパシターなら充放電の電力損失が0だから
充電能力が蓄電池1/10になれば蓄電池の欠点を補ってハイブリッドカーの
性能向上に寄与するが。
87:2014/03/01(土) 11:39:21.77 ID:
>>82
リチウムではありません
酸化物半導体のバンドギャップにエネルギー準位を形成し
そこへ電子を直接充填することで充放電するそうです。
充放電に化学反応を介さない(化学電池ではない)、
新原理の物理電池だそうです。
106:2014/03/01(土) 16:19:50.24 ID:
>>87
キャパシタとどう違うんだろう
107:2014/03/01(土) 16:39:14.46 ID:
>>106
放電特性のグラフで一目瞭然。
詳しく見れば、充電層がキモ
https://www.google.co.jp/patents/WO2013065093A1?cl=ja
110:2014/03/01(土) 16:56:05.96 ID:
>>107
そりゃ分かってるが、なんでそうなるんだって話
114:2014/03/01(土) 19:21:02.76 ID:
株みたけど
暴落してるね
156:2014/03/02(日) 10:23:53.41 ID:
>>114
マイクロの電池知って去年株価800円の時に1万株飛び乗ったけど
今の株価が7300円くらいだから6500万くらいプラスだわww



2週間前に13000円行った時に売っときゃよかった...。(´・ω・`)
163:2014/03/02(日) 12:21:46.88 ID:
>>156
だだのちょっと性能が良いコンデンサにそんなに価値あるのか?
容量がリチウム電池並にまで増やせるなら納得だけども
115:2014/03/01(土) 19:24:31.48 ID:
自然放電はもしかしたらフラッシュメモリ程度かもしれないね。
仕組みが近い気がする。
117:2014/03/01(土) 19:56:13.26 ID:
これ要するに容量が少ないってことなのか?
じゃあんまいいみねーな
123:2014/03/01(土) 20:24:38.63 ID:
>>117
極薄いバッテリーしか作れないので、容量を確保するためには大面積が必要。

11μm厚の片面仕様で
100cm角で2.5Wh、
33cm角で250mwh、
10cm角で25mWh、
10cm*5cmで12.5mWh
128:2014/03/01(土) 20:56:43.19 ID:
>>123
横に広げなくても積層すりゃぁ良いじゃん
それよりも容量当たりコストが問題だよ
129:2014/03/01(土) 21:03:35.58 ID:
>>128
スマホ用に10cm*5cmのシートを積層して5Whのバッテリーにしようとすると、400枚必要になる。
積層や外部で並列接続する手間やNGシートを迂回する仕組みを考えると、ちょっと非現実的かも。
131:2014/03/01(土) 21:14:32.43 ID:
>>129
ごめんね、「広くするしか解が無い」と言いたいのかと誤解してたよ

積層枚数の多さは、シート体積あたりの容量密度に起因する問題だから
基板シートを薄くするか、充電層を厚くするしか無いよなぁ。

それとも、充電層自体の容量密度もまだまだ改善できるのだろうか?
132:2014/03/01(土) 21:21:42.17 ID:
>>131
>基板シートを薄くするか、充電層を厚くするしか無いよなぁ。

細かいことを言うと、シートを薄くしても積層枚数は減らず、逆に扱いにくくなるだけ。
電池層を厚くするか充電層などを見直して単位面積あたりの容量を劇的に増やさないとツライんじゃないかと思う。
でも、当面できないとふんだから両面に逃げようとしてるんじゃないかな?
悪手だと思うけど。
119:2014/03/01(土) 20:15:23.53 ID:
電池としてじゃなくコンデンサとして需要ないのこれ?
126:2014/03/01(土) 20:45:40.94 ID:
もしかして重ねて裏と表を接近させたら使えないって欠点あるのか
135:2014/03/01(土) 21:31:42.47 ID:
積層の仕方のWO特許も出願してたと思ったんだが
どこだったかな・・・
でもたしかその蛇腹みたいなのも書いてあったような気がする。

この蓄電作用の研究を依頼された広島大学の教授が「20000Wh/kg目指す!」って書いてたから
相当な伸びしろあるかもな。
http://www.jst.go.jp/alca/end.html
136:2014/03/01(土) 21:38:09.09 ID:
>>135
本研究開発では、蓄電メカニズム解明を突破口にして材料組成、電極構造、作製プロセスを最適化し、エネルギー密度20,000 Wh/kg(リチウムオン電池の100倍相当)を達成目標とします。

「蓄電メカニズム」が解明されてないっぽいのにすごいスペックをよくぶち上げられるよなあ。
140:2014/03/01(土) 22:15:36.75 ID:
服の裏側に仕込んで扇風機付きのスーツが出来るかな
141:2014/03/01(土) 22:31:53.78 ID:
>>140
服の素材にできるってIRに聞いた人が回答もらってたぞwww
20000Wh/kgのスーツとかエアコン付けれるんじゃね?
153:2014/03/02(日) 09:55:55.26 ID:
くるくる巻けばいいよ
159:2014/03/02(日) 11:07:09.19 ID:
リチウムの次は、マグネシウムです。
161:2014/03/02(日) 11:37:12.71 ID:
株の話はどうでもいいだろ・・・・・
あっちでやってくれよ。
167:2014/03/02(日) 14:01:44.05 ID:
>充電によってそれらの準位に電子を入れ、放電時にはそれらの準位にある電子を放出させる

あほらし

ただの詐欺じゃん
170:2014/03/02(日) 16:42:54.80 ID:
>>167
充電によってそれらの準位にどこから電子を入れ、放電時にはそれらの準位にある電子をどこへ放出させるのか。

一貫して答えないグエラカコイイ
元スレ:http://www.anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1393589933/
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