木ひと山 - 電池技術

古い素材が電池で新たな利用法を見つけるかもしれない

ハイテクに応用する先端素材のリスト上で、木が一番上の近くにあるのを予想しないかもしれない。しかし、メリーランド大学の李騰(Teng Li)と胡良兵(Liangbing Hu)による実験は、間もなくそれをそこに置くかもしれない。ナノ・レターズに書いた李博士と胡博士は、今電池のある階級で使われているリチウムをナトリウムとともに置き換えるようにすることによって、いかに木が電池を安くするのにつかわれるかもしれないかを、ちょうど描いている。

どんな高校の科学者でも知っているように、リチウムとナトリウムは化学的に似ている。ナトリウムイオン(正の荷電の、ナトリウムイオンから電子を一つとったもの)は、しかしながら、リチウムイオンの5倍の大きさだ。電池はイオンをその陰極と陽極との間で往復させることによって働くので、それは問題だ。イオンが大きくなれば、この往復がより多くの被害を与え、帰結として電池の寿命を短くする。これまでは、それがナトリウムを電池の妥当な内容物として不可能にしていたのだ。しかし、ナトリウムはリチウムよりもはるかにたくさんあるので、技術者は依然として商業的に実行可能なナトリウム電池を案出したいと思っている。

李博士と胡博士は、電極の被害の問題が、それがつるされている枠により順応性のある素材を使うことによって、改善できないかと考えた。電極へ/から電流を送ることもする、これらの枠は、ふつう金属によって作られ、故に固くて曲がらない。しかし、その二人の研究者は、ふさわしく処理された木材は同じように良く伝導の仕事をすることができ、一方イオンがそこに出たり入ったりするときに継続的に拡大し緊縮する電極により従順な視点を提供する。

その考えを試すために、彼らは黄色がかった松の細長い材木を使った。最初に、彼らはこれらの材木を、伝導性を改善するためにカーボンナノチューブで覆った。それから彼らはそれぞれの小片にスズのフィルムを塗った(スズはリチウムかナトリウムの電池で陰極に好まれる素材だ)。これをしたら、彼らはその小片をナトリウムイオンを含んだ電解物に浸し、結果としてできた電池で400回の充放電を成し遂げた。対照として、彼らは似たような電池を銅の一片を使って作った。

木製の電池は完璧ではなかった。その初期能力はグラム当たり339ミリアンプ時(mHA/g)だったが、それは400回の後で145 mHA/gに減った。しかしながら、これは試作品としては悪くなく、銅の枠の電池がやったよりもはるかに良かった。それらの初期能力は50 mHA/gだったのだ。たった100回後にはそれは22 mHA/gに落ちた。木は、だから、電池の枠に妥当な候補のようだ。

明らかに、木の枠の電池を電話やラップトップの中にすぐに見ることはできない。しかし、それは李博士と胡博士にとって計画ではない。彼らの研究が導きそうなものは、太陽光発電所からの電気を夜を通して貯めておく巨大なナトリウムイオン電池だ。太陽光発電自体は少なくとも晴れた気候ならば化石燃料と十分競争できるほど安いので、安い貯蔵設備が太陽エネルギーのジグソーパズルの失われた部分なのだ。

太陽光エネルギー問題の解法を探すことは、人口素材をさらにより洗練させることに集中している。もしそのジグソーパズルがこれらのしゃれた新素材によってではなく、そこらのもっとも古い素材の一つで完成したら、おいしい皮肉だろう。
 

発行日: 
2013-07-06
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