数秒で電池を再充電: ナトリウム電池の驚くべき成果

韓国科学技術院（KAIST）の研究者らは、数秒で充電できる高出力ナトリウムイオンハイブリッド電池を開発した。この研究は『Energy Storage Materials』誌に掲載されました。

ナトリウムはリチウムのほぼ1000倍豊富に存在すると考えられています。したがって、ナトリウムイオン電気化学エネルギー貯蔵装置は、従来のリチウムイオン電気化学エネルギー貯蔵装置よりも魅力的である。

材料科学工学部の Jeung Ku Kang教授が率いる研究チームは、通常バッテリーで使用されるアノード材料とスーパーキャパシタに適したカソードを統合しました。

この組み合わせにより、バッテリーは高い貯蔵容量と急速な充放電速度を達成することができました。この研究は、この電池がリチウムイオン電池に代わる実行可能な次世代電池である可能性があることを示しています。

ナトリウムイオンハイブリッドエネルギー貯蔵（SIHES）用の大容量/高速アノード材料およびカソード材料の概略合成手順と、提案されたエネルギー貯蔵メカニズム。 (a) 超微粒硫化鉄スパイクカーボン/グラフェンアノード (FS/C/G) および (b) 多孔質カーボン由来ゼオライトイミダゾレートカソード材料 (ZDPC) の合成手順。 (c) SIHES の FS/C/G アノードの Na+ イオンと ZDPC カソードの ClO-4 イオンのエネルギー貯蔵のための提案されたメカニズム。クレジット: KAIST ナノ材料シミュレーション

ナトリウムイオンハイブリッド蓄電デバイス

新たに設計されたアノードとカソードで構成される完成したセルは、市場で入手可能な商用リチウムイオン電池のエネルギー密度を超える高性能ナトリウムイオンハイブリッドエネルギー貯蔵デバイスを形成します。研究者らによると、このデバイスはスーパーキャパシタの電力密度特性を示します。

「高エネルギーと高出力密度を備えたハイブリッド電池を開発するには、電池型アノードの遅いエネルギー貯蔵率を改善するだけでなく、比較的低い容量のスーパーキャパシタ型カソード材料を強化する必要がある」と研究チームは声明で述べた。

ナトリウム電池は増大するエネルギー貯蔵需要に対応できる

このバッテリーは、1回の充電で長時間動作できる高エネルギー密度と急速充電電力密度を備えた、低コストの電気化学エネルギー貯蔵デバイスに対する需要の高まりに応え、モバイル電子機器から電気自動車（EV）までの幅広い用途に対応できます。）から大規模グリッドシステムまで。

現在、ナトリウムイオンエネルギー貯蔵システムは、比較的高いエネルギー密度を提供するにもかかわらず、出力密度が低いため、再充電性の点で劣っています。現在、ナトリウムイオン電池 (SIB) とナトリウムイオンキャパシタ (SIC) の 2 種類のナトリウム貯蔵システムが利用可能です。そこで、研究者らはナトリウムイオンハイブリッドエネルギー貯蔵（SIHES）電池に注目した。

SIHES は、コンデンサ型のカソードとバッテリー型のアノードの異なる電位ウィンドウを利用できます。この蓄電システムは原理的に、高いエネルギー密度と急速充電電力密度を同時に実現できるため、多くの注目を集めました。

研究者らによると、SIHESは247Wh/kgのエネルギー密度と34,748W/kgの電力密度を達成できるという。カン教授は、この研究はエネルギー貯蔵システムの現在の限界を克服する画期的な成果であると述べた。電気自動車を含むさまざまな電子機器への幅広い用途を想定しています。

これは、電気自動車からスマートエレクトロニクス、航空宇宙技術に至るまでの急速充電アプリケーションに役立つ可能性があります。

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