カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）主導の研究チームが、3Dプリントされた電極を持つ亜鉛イオン混合電池を開発しました。この電池は、類似の混合デバイスの7倍以上の電力を蓄えることができます。この研究の結果は、ジャーナル『Small』に発表されました。この装置は、特に迅速な配達と充電が必要で、低コストかつ長寿命のバッテリーを求めるエネルギー貯蔵の応用ニーズを満たすことを目的としています。研究は、亜鉛をリチウムの代替選択肢として焦点を当てています。亜鉛は、リチウムの100倍の地球上の豊富さを持ち、採掘とリサイクルが容易であるため、より安価で持続可能であると考えられています。
共同著者でUCLA化学・生化学科の助理研究員であるMaher El-Kadyは、「未来のエネルギー貯蔵は、単一の技術によって定義されることはありません。ある時点で、既存の選択肢を補完するソリューションを探す必要があります。」と述べています。彼は、「この研究で私たちが行ったことは、基本的に亜鉛イオン混合デバイスを得ることを可能にし、ほぼ1桁高い容量を蓄えることができるようにしました。」と付け加えました。
UCLAが開発した亜鉛イオン混合電池は高容量の蓄電能力を備えています
このUCLA主導の装置は、2つのエネルギー貯蔵方式を組み合わせています。一方は従来のリチウムイオン電池のエネルギー貯蔵部分であり、もう一方はスーパーキャパシタに似た炭素電極を使用しています。スーパーキャパシタは、その迅速な充放電と長寿命で知られていますが、電極表面に限定された電力しか蓄えられないため、通常は蓄えられるエネルギーが少なくなります。研究者たちは、炭素電極の表面積を増やし、大量のエネルギーを蓄えることができるバナジウム酸化物を加えることで、この制限を解決しました。この組み合わせにより、混合装置が蓄えることができる電力は、類似のキャパシタシステムを大幅に上回ります。
電極の設計はハニカムまたはスポンジ状の構造を採用し、内部には微小な空洞があります。この構造は3Dプリント技術を使用して製作されており、この技術により液体樹脂が紫外線レーザー光にさらされると瞬時に硬化します。印刷が完了した後、チームは加熱とガス化処理を行い、導電性炭素以外のすべての物質を除去し、開孔構造を保持します。その後、研究者たちは化学プロセスを使用して炭素構造にバナジウム酸化物を加えました。研究の詳細によると、1グラムのこの材料を紙のように広げると、約10のテニスコートを覆うことができます。テストでは、この装置が蓄えた電力は他のキャパシタの7倍を超え、1,500回の放電と充電サイクル後に82%の容量を維持しました。
この研究では、研究室内の実験的エネルギー貯蔵デバイスの測定を改善するための3Dプリントテストバッテリーも紹介されています。現在、多くの研究室で使用されている基本的な設定は、電解質溶液と2つの電極をオープンなビーカーに置くことです。既製のガラステストバッテリーも利用可能ですが、その価格は¥161,550（US$1,000）以上に達することがあります。オープンビーカーの設定はコストが低いですが、2つの主な欠点があります：電解質の蒸発と電極の位置が不一致であることです。主著者のSophia Uemuraは、「このコンセプトが他の研究分野の研究者に役立ち、一貫した測定結果と信頼できるデータを得る手助けになることを願っています。」と述べています。
Uemuraは最近、UCLAの博士号を取得しました。
項目 規格 電池容量 他のキャパシタの7倍以上 充電サイクル数 1,500回 保持容量 82%
カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）主導の研究チームが、3Dプリントされた電極を持つ亜鉛イオン混合電池を開発しました。この電池は、類似の混合デバイスの7倍以上の電力を蓄えることができます。この研究の結果は、ジャーナル『Small』に発表されました。この装置は、特に迅速な配達と充電が必要で、低コストかつ長寿命のバッテリーを求めるエネルギー貯蔵の応用ニーズを満たすことを目的としています。研究は、亜鉛をリチウムの代替選択肢として焦点を当てています。亜鉛は、リチウムの100倍の地球上の豊富さを持ち、採掘とリサイクルが容易であるため、より安価で持続可能であると考えられています。
共同著者でUCLA化学・生化学科の助理研究員であるMaher El-Kadyは、「未来のエネルギー貯蔵は、単一の技術によって定義されることはありません。ある時点で、既存の選択肢を補完するソリューションを探す必要があります。」と述べています。彼は、「この研究で私たちが行ったことは、基本的に亜鉛イオン混合デバイスを得ることを可能にし、ほぼ1桁高い容量を蓄えることができるようにしました。」と付け加えました。
UCLAが開発した亜鉛イオン混合電池は高容量の蓄電能力を備えています
このUCLA主導の装置は、2つのエネルギー貯蔵方式を組み合わせています。一方は従来のリチウムイオン電池のエネルギー貯蔵部分であり、もう一方はスーパーキャパシタに似た炭素電極を使用しています。スーパーキャパシタは、その迅速な充放電と長寿命で知られていますが、電極表面に限定された電力しか蓄えられないため、通常は蓄えられるエネルギーが少なくなります。研究者たちは、炭素電極の表面積を増やし、大量のエネルギーを蓄えることができるバナジウム酸化物を加えることで、この制限を解決しました。この組み合わせにより、混合装置が蓄えることができる電力は、類似のキャパシタシステムを大幅に上回ります。
電極の設計はハニカムまたはスポンジ状の構造を採用し、内部には微小な空洞があります。この構造は3Dプリント技術を使用して製作されており、この技術により液体樹脂が紫外線レーザー光にさらされると瞬時に硬化します。印刷が完了した後、チームは加熱とガス化処理を行い、導電性炭素以外のすべての物質を除去し、開孔構造を保持します。その後、研究者たちは化学プロセスを使用して炭素構造にバナジウム酸化物を加えました。研究の詳細によると、1グラムのこの材料を紙のように広げると、約10のテニスコートを覆うことができます。テストでは、この装置が蓄えた電力は他のキャパシタの7倍を超え、1,500回の放電と充電サイクル後に82%の容量を維持しました。
この研究では、研究室内の実験的エネルギー貯蔵デバイスの測定を改善するための3Dプリントテストバッテリーも紹介されています。現在、多くの研究室で使用されている基本的な設定は、電解質溶液と2つの電極をオープンなビーカーに置くことです。既製のガラステストバッテリーも利用可能ですが、その価格は¥161,550（US$1,000）以上に達することがあります。オープンビーカーの設定はコストが低いですが、2つの主な欠点があります：電解質の蒸発と電極の位置が不一致であることです。主著者のSophia Uemuraは、「このコンセプトが他の研究分野の研究者に役立ち、一貫した測定結果と信頼できるデータを得る手助けになることを願っています。」と述べています。
Uemuraは最近、UCLAの博士号を取得しました。
項目 規格 電池容量 他のキャパシタの7倍以上 充電サイクル数 1,500回 保持容量 82%