契約を有利にする: 砂糖溶液がフローバッテリーの出力と耐久性を向上させる

太平洋岸北西部国立研究所 (PNNL) の画期的な研究で、研究者らはフロー電池の容量と寿命を著しく改善し、持続可能な大規模エネルギー貯蔵の有望なソリューションとして宣伝されました。 β-シクロデキストリンと呼ばれる単糖をフロー電池の電解液に添加することで、研究チームはピーク出力を60%も増加させることに成功した。 注目すべき点は、1 年間連続して充放電サイクルを行った後でも、バッテリーがほぼすべての容量を維持していることです。

フロー バッテリーは汎用性が高く、長期間の拡張可能なエネルギー貯蔵に理想的に適しているため、一般的な自動車やラップトップのバッテリーとは異なります。 世界が再生可能エネルギー源に向けて舵を切るにつれ、フローバッテリーによって提供されるグリッドスケールのエネルギー貯蔵がますます重要になっています。 この技術は、風力、太陽光、水力発電に特有の再生可能エネルギー供給の断続性を平滑化し、より信頼性の高い電力システムを構築するのに役立ちます。

従来のフロー電池システムは、別々に保存された 2 つの異なる液体電解質で構成され、エネルギーが必要なときにイオン選択膜の両側を循環して電流を生成します。 このシステムの利点の 1 つは、消耗した電解質を充電された電解質と交換することによって「燃料を補給」または再充電できることです。

PNNLの研究者らは、イェール大学の研究者らと協力して、単糖のβ-シクロデキストリンを電池の陽極液（電解液の一種）に溶解することにした。 当初は、より多くのフルオレノール（有機化合物の一種）を水ベースの電解液に溶解させることを目的としていたが、砂糖は予想外の利点をもたらした。

溶液に溶解しながらフロー電池の電気化学反応を促進する触媒 (「均一触媒」と呼ばれるプロセス) の最初の例として、β-シクロデキストリンは独特の促進をもたらしました。 プラスに帯電したプロトンを受け入れ、細胞膜を横切って移動するマイナスに帯電した電子とのバランスをとります。 この平衡により反応速度が加速され、バッテリーの電力レベルがなんと 60% も過給されました。

出力を最適化した後、焦点は寿命に移りました。 耐久性テスト段階では、バッテリーの 1 年間にわたる継続的な充電と放電が行われました。 彼らは、1 年間の使用後、バッテリーの容量損失が無視できるほどであることを発見し、通常はすでにリチウムバッテリーよりも長い、並外れた寿命を示しました。

PNNL の研究者は特許を申請しており、より効率的なシステムを作成できる可能性がある他の同様の化合物を探索しています。 このソリューションは、豊富で簡単に合成できる化合物を利用することで、より持続可能なエネルギー貯蔵への希望をもたらし、限られた潜在的に有毒な物質への依存を減らします。

この開発は、系統規模のエネルギー貯蔵問題に取り組むために設計された PNNL 内のより広範なプログラムの一部を形成しており、2024 年に予定されている PNNL のグリッド ストレージ ラウンチパッドの立ち上げによって大幅に強化されることになります。注目すべきことに、これは、そのような現象を示すフロー電池の最初に記録された実例となります。実験室条件での耐久性を実現し、エネルギー貯蔵能力を世界的に変革する道を開きます。

高容量ケトンベースのフローバッテリー陽極液に対するプロトン制御によるアルコール酸化の研究が、雑誌 Joule に掲載されました。