研究者が新しいチタンをテスト

Forschungszentrum Jülich の科学者は、ハイファにあるイスラエル工科大学 Technion の研究者と協力して、新しいチタン空気電池を開発し、実験室でのテストに成功しました。活物質としてチタンを使用したこのような電池の実験結果が発表されたのはこれが初めてである。この金属は、各原子が電荷移動のために最大 4 つの電子を供与できると同時に、比較的軽く、非常に耐性があるため、蓄電材料として注目されています。

チタン空気電池

ユーリッヒ研究センター / ラルフ・ウーヴェ・リンバッハ

チタン空気電池のスケッチ

ユーリッヒ研究センター / マルセルカルテンベルグ

チタンは受動的で安定した材料として知られています。研究者らは、EMIm(HF)2.3Fと呼ばれるイオン液体を適用することで、その電気化学的ポテンシャルを電気エネルギーの貯蔵に利用することに成功した。イオン液体は、特殊な非常に低い融点を持つ塩で構成されており、その特殊な電気的および材料的特性により、さまざまな用途に使用されます。

理論的には、チタン空気電池は空気亜鉛電池の 2 ～ 3 倍のエネルギー密度を持ち、空気亜鉛電池は現在補聴器、制御モジュール、センサーの標準的なボタン電池として使用されています。チタン空気電池の理論的に達成可能な電圧は、亜鉛空気電池の電圧と同様の範囲にあります。実験では、最大 1.2 ボルトの平均セル電圧と最大 0.75 mA cm-2 の比較的高い放電電流を測定できました。

金属空気電池では、含まれている金属が空気中の酸素と反応して電気エネルギーを放出します。したがって、このタイプのバッテリーは、2 つの反応パートナーのうちの 1 つである酸素が特別な電極を介して周囲の空気から得られ、バッテリー内に保持する必要がないため、バッテリーの中で特別な位置を占めています。したがって、これらのシステムでは、少なくとも理論的には、一般的な種類のバッテリーよりも大幅に高いエネルギー密度を実現できます。

このため、金属空気電池は、コンパクトなサイズが重要な用途に特に適しています。もう 1 つの潜在的な応用分野は、低コストで一般的な無毒の材料を使用する大規模定置型保管システムです。例えば、チタンは高価な材料として知られているが、材料コストはリチウムよりもはるかに安いが、アルミニウムよりは高価である。チタンは地殻内で 9 番目に頻繁に存在する材料であるため、利用可能な資源もそれに応じて豊富です。

金属空気電池の負極材料、亜鉛、アルミニウム、鉄、シリコン空気電池のシリコンが研究の主な焦点です。一方、チタンは活物質としてはほとんど考慮されておらず、実験結果もまだ得られていない。

新しい電池コンセプトの開発は、リュディガー A 教授が所長を務めるユーリッヒエネルギー・気候研究所 (IEK-9) のヤシン・エムレ・ドゥルムス博士との緊密な協力のもと行われました。アイケルとテクニオンのヤイル・アイン・エリ教授。彼らはユーリヒ建設センター、テクニオン、アーヘン工科大学間の包括協力の一環として IEK-9 で 7 か月のサバティカルを過ごしました。

ヤシン・エムレ・ドゥルムス、マルセル・カルテンベルグ、クシシュトフ・ジェシオル、マクシミリアン・シャーレンバッハ、ダニー・ゲルマン、ボリス・シュヴァルツェフ、ヘルマン・テンペル、ハンス・クングル、リュディガー・A. ドングリ、ヤイル・アイン・エリ。金属の不動態壁を打ち破る：非水チタン空気電池の好例：Chemical Engineering Journal、第 461 巻、2023

新しいバッテリー技術はエネルギー貯蔵コストを大幅に削減する可能性がある

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