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高性能・長寿命の「有機フロー電池オーガニック・フロー・バッテリー」が開発された

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本記事は、The High-Performance Long-Lasting Organic Flow Battery
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分48秒

・研究者は、これまでで最も高性能で長寿命の有機フロー電池を実現する新しい有機分子を開発しました。

・数万回の充放電が可能で、劣化率は年3%です。

 

化石燃料は、非常に速いスピードで私たちの環境を汚染しています。このままでは将来、人類は文明を維持できなくなります。そのため、研究者たちはクリーンなエネルギー源を利用しようと懸命に努力しているのです。

 

風力や太陽エネルギーは、私たちがこれから必要とするすべてのエネルギーを供給することができます。しかし、風が吹いていない時、太陽が出ていない時に、電力を途切れることなく電力を供給できる蓄電システムが必要になります。

 

従来の密閉型電池が一般的だが、高価で長時間放電すると十分なエネルギーが蓄えられません。一方、レドックスフロー電池は、発電装置とは別に外部タンクでエネルギー蓄積モジュールを液状で保持するため、長時間の放電に対応できます。

 

そのため、パワーとエネルギーをそれぞれ別に変動させることができ、一定量のエネルギー/パワー比(放電サイクル)を一定のパワーで何日間も得ることができます。これらの有機フロー電池は、大規模な再生可能エネルギー貯蔵システムにおいて、バナジウムフロー電池やリチウムイオン電池よりも比較的安価で安全な電池です。

 

このたび、ハーバード大学の研究チームは、高性能で長寿命の有機フロー電池を実現する新しい有機分子「メトセラ・キノン」を開発しました。この分子は、数年間で何万回ものエネルギーの貯蔵と放出を繰り返すことができます。

メトセラ分子

今回の発見は、研究チームが分子あたりのエネルギー貯蔵量を低く抑える技術を実証した過去の研究に基づいています。今回、化学的手法を改良し、商品化する為の目安となる1ボルト以上の電圧で長期安定性を実現しました。

 

メトセラ分子は、細胞呼吸や光合成などの生物学的プロセスに必要な天然由来の豊富な分子であるキノン(有機化合物の一種)を改良した分子である。

 

研究者らは、有機フロー電池のキノン化合物の劣化過程を慎重に調べ、寿命を延ばすためにいくつかの改良を行いました。 実用化され、実際に使える最初の有機フロー電池であると発表しました。

 

Long-Lasting Organic Flow Batteryメトセラ分子を用いたフロー電池 | 画像元: Eliza Grinnell

 

数々の実験を行い、メトセラ分子の劣化率は充放電1サイクルあたり0.001%以下、1日あたり0.01%以下であることを突き止めました。これは、1年間で3%以下の劣化に相当し、数万サイクルの運用ができるようになりました。

 

この分子は溶解性が高いため、コンパクトな空間に多くのエネルギーを入れることができます。弱アルカリ性の電解質で動作するため、安価な高分子膜(マイナス端子とプラス端子を分離するため)や安価な封入材料と一体化することができます。

 

これらの新しい方法論はすべて、有機ストレージシステムを長サイクルとカレンダー寿命で費用対効果の高いものにしています。将来的には、電力網が安定しない再生可能エネルギー発電を吸収できるようにするためには、この種のデバイスが必要になるでしょう。

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