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アレゲなニュースと雑談サイト

otkによる 2009年03月15日 0時06分の掲載
電気自動車分野でも期待大ですね部門より。

あるAnonymous Coward 曰く、

MITがリチウムイオン電池の充電および放電速度を約10~20倍まで高める技術を開発した(発表資料EE Times Japanの記事)。

この技術のポイントは、電極として用いられているリン酸鉄リチウムの表面に微小な溝を形成するところで、これにより充電速度を最大36倍まで高められる可能性があるそうだ。また、充電速度だけでなく放電速度も高められるという。この技術を利用すれば、たとえばモバイル機器などの小型充電池の場合、わずか数秒で充電が完了できるそうだ。

さらに、電極材料は従来のものと同じものを使用するため、導入しやすいというメリットもある。早ければ2年以内に商用化される見込みで、MITはこの技術をライセンス供与する契約をすでに2社と結んでいる。

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  • 技術的な部分を読むと、「なるほど」って思える部分も多いし、優れた技術であるのは間違いないだろうけど、本当にそんな速度で充電できるのかな?

    例えば、自分は携帯電話機P906iを使ってますが、この電話機用の電池は3.7V、770mAh、電圧から考えても、容量から考えても、1セル構成ですよね。1C充電だとしても、700mA~800mAでの充電ですよね?普通は、CC-CVみたいな充電方法で4.1V~4.2V前後まで定電流、その後定電圧のような流れが一般的だし、定電圧部分は充電が極めて遅い。フル充電で2時間前後かかります。

    これが20倍だとして、6分程度で充電が完了するってことかな? だとすると、単純計算で10C以上の充電になっちゃう。極端な話、7Aとか8Aという驚くべき電流を流すことになる。

    当然、凄まじい発熱になりますよね?4.2V * 8A で考えても30W以上の電力だし、小型の電池に30W近くも電力かけたら、いかに充電効率がよい方式でも、かなりの発熱があると思う。常識的に考えて、現在のポリオフィレン系のセパレータなんか溶けちゃうと思うんですが。

    この技術ってのは、本当に電極だけで済む技術なの? 高速回転のファンが付いた爆音充電器と、巨大なヒートシンク付きバッテリーのセットでないと実現できないような気がします。何らかのデメリットがないと素直に電極だけでどうにかなる技術とは思えないのですし、 比較的安全な充電制御方法もまったく思いつかないし。詳しい方、解説してもらえるとうれしい。

    • これはあくまで、電極の改良をして、200C(18 min)や400C(9 min)でも正極活物質の理論容量の6から8割取り出せるというもの。
      周辺技術の最適化はこれからというところで、ご指摘の通り、これですぐに大電流電池が作れるようになるとはいえないですね。

      それだけではなく、この研究には怪しい点がいっぱいあります。斜め読みしただけでも、
      ・基本戦略は活物質表面の改質のはずだが、実際にはその寄与がどの程度は言っているかが疑問であり、
      正しい検証がなされていない。
      ・特性の向上は活物質粒子を小さくして表面積を稼いだだけでは?(この技術に新奇性はゼロ)
      ・大電流を流したことによる発熱で反応速度が上がっているだけではないのか?
      ・高速での動作をさせる電極の組成が非常識で、(活物質では無いカーボンを65 wt%いれている。)
      それを除いた容量で評価している。
      ・上記のカーボン量を考えると、ただの電気化学キャパシタとして動作しているだけでは?
      ・表面の評価データが低分解能の P(りん)の光電子分光スペクトルのみで、とても成分の分離が出来ているとはいえない。
      (こんな解析を高級な学術雑誌に出すなんて常識を疑う程。)

      これだけの疑問がはっきりと浮かんできます。
      他にも色々とモヤモヤしますね。

      • 補足? (スコア:3, 興味深い)

        phason (22006) : 2009年03月16日 10時19分 (#1531496) 日記

        こちらもざっと流し読みした範囲で.

        >・基本戦略は活物質表面の改質のはずだが、実際にはその寄与がどの程度は言っているかが疑問であり、正しい検証がなされていない。

        XRDで基本的なcellが変化していないことから,ナノ粒子の大部分は元のままであるってのはまあ良いかなと言う気がします.
        #目立って伸びたり縮んだりもしてませんし.
        本体部分が変化せずに特性が変わっているから表面のおかげ,というのはまあ許容範囲かも.
        (一応)STEMで表面に若干違う組成の物がいそうだ,というのも言えますし.

        >・特性の向上は活物質粒子を小さくして表面積を稼いだだけでは?(この技術に新奇性はゼロ)
        >・大電流を流したことによる発熱で反応速度が上がっているだけではないのか?

        Figure S6とそのキャプションを見る限り,同等サイズのLiFePO4との比較を行い有意な差が出ているようです.

        >・高速での動作をさせる電極の組成が非常識で、(活物質では無いカーボンを65 wt%いれている。)それを除いた容量で評価している。
        >・上記のカーボン量を考えると、ただの電気化学キャパシタとして動作しているだけでは?

        まあこれに関してはそこまで炭素加えるのはちょっとどうよ?とは思いますが,一応controlとしてstoichiometricなサンプルと同条件で比較していますので,EDLCとしての効果は効いていないと言っても良いのでは.

        >・表面の評価データが低分解能の P(りん)の光電子分光スペクトルのみで、とても成分の分離が出来ているとはいえない。

        一応STEMのEDXで点分析(ってもまあこっちはこっちで微妙な点はありますが),Mössbauerでのバルクの分析でのFe3+の存在,XRDでの基本粒子の組成の変化がほぼ無さそうなことなどが出ているので,個人的には許容範囲かなと.

      • >他にも色々とモヤモヤしますね。

        実用的な電池開発という点ではツッコミどころはいくらでもありそう。
        ・正極の充放電速度が10~20倍になったとしても、負極の速度を上げる技術も開発しない限り、
         電池そのものの充放電速度は上がらない
        ・カーボンが65wt%も入ってるなら、電極の容量が激減してしまう
        (電極の容量が1/3以下になってしまうのでは)
        ・一般的にこのようなナノテク材料が電池に使えるコストで提供されるとは考え難い

        実用的な電極を作るには、容量や反応速度や耐久性やコストなどのバランスを取る必要があり
        何か一つだけの特性が良くても無意味です。
        充放電速度に特化した実験室レベルの電極ということであれば、導電助剤(カーボンや銅)を大量に
        入れたり、電解液を大量に入れたり、集電体に目の細かい網のような物を使う手法によって
        どんな電池活物質でも、実用的な電極の2倍以上(10倍20倍はあたりまえ)の充放電速度を
        出すことができます。
        リチウムイオン正極の限界に近い充放電速度を得ることができたという、この研究が無意味だとは
        思わないけど、「早ければ2年以内に商用化される見込み」というのはマユツバでしょう。
    • もちろん、充電を行っていますから、大部分の電力はは充電に消費され、一部が発熱に回るのは理解しています。 一般に、高効率のリチウムイオン二次電池でのクーロン効率は98%前後、場合によっては99.5%などかなり効率的な電池です。

      ただし、電極のみの改善では、単純に正極と電解液の接触面積が増えた以上に、イオン化速度が向上したり、 セパレータその他の改善もなしに実現できない。イオン化速度以上に電流を流せば、かなりの発熱が起こるのは必至。 リンク先の文章は軽く読み流しましたが、そこで言っている充電/放電効率は一般にクーロン効率と呼んでいるものですよね? それと、今回のケースでの発熱量は異なると思います。

      元記事の情報をいくつかのサイトで見てみましたが、携帯電話の充電池を例にしても、数Wは発熱すると思います。 ワット単位の発熱って結構強烈ですよ。メタルクラッド抵抗とかセメント抵抗みたいな外見の充電池なんて使いたくないし よほど放熱に気を使わないと、電解液のリチウム塩類に深刻なダメージを与えると思う。

    • 3個のコメント が現在のしきい値以下です。
  • 放電も早い? (スコア:4, おもしろおかしい)

    BlueRain (37857) : 2009年03月15日 16時04分 (#1531296)
    会社にある古いノートパソコンなんか、数秒で充電終了/数秒で放電終了です。

    わかって書いているんでマジな突っ込みは無しでよろしく。
  • 欠陥のある電池も、燃えちゃうような事態に至るまでが10倍から20倍早ければ、出荷までにさっさと燃えてしまうので消費者は安心・・・といううまい話にはならんですか?

    充電しながら寝たり留守にするのは一抹の不安を覚えるのですが、数十秒ですむならそれだけでも安心かな。

  • 友人に「充電用」と称して携帯電話をもう一台持っている人がいます.この電池でそんな無駄ともサヨナラですね.ノートパソコンのバッテリーにも採用されれば,私のように「充電用にLet'snoteもう一台!」なんて妄想する人にもうれしい.

    --
    ペーストビン [windy.cx]
  • つことは、電池の劣化も速い…ってオチはつかないだろうか。
    交換時期も延びるならいいなあ。

  • bunny-wheat (25840) : 2009年03月15日 12時26分 (#1531234) 日記

    日経パソコンにこういう超急速充電の記事がありました。
    (2008年12月8日号;特集2 バッテリー3 つの選択肢)
    東芝の新型バッテリーSCiB [www.scib.jp]について取り上げています。
    こちらは電動自転車などで実用化されています。
    ただし、特集記事では急速充電には大電流(最大50Aで充電できるらしい)が
    必要なので急速充電用のACアダプタは据え置き型になることと、
    SCiBは普通のリチウムイオンバッテリーに比べると性能が劣ることを
    注意点としてあげています。

    --
    『月面兎兵器ミーナ』2007年1月13日から放送開始
  • username (37840) : 2009年03月15日 22時51分 (#1531411)
    燃料電池の小型化が進んでノートパソコンや携帯電話に利用できそうなどという話を数年前に聞いた気がしますが、
    両方実現したらどちらかは消えるんでしょうか;
    燃料電池のほうが充電の手間が無い分魅力的だと思うのですが、充電時の電気代を考えた場合リチウムイオンのほうが安上がりでしょうね(笑)
  • というか、皆さん、携帯電話やPCのバッテリーを想定しておられますが、
    この場合、対象となるのは、電気自動車用のバッテリーなのではないでしょうか?

    今までも三相交流の急速充電設備を使えば、30分で80%まで充電は出来ていましたが、
    それを20倍の速度で出来れば、およそ1分30秒となります。
    通常のガソリン車の給油と比較しても遜色の無い時間ですし、
    充電時間が30分かかる、ということで充電スポットの設置に二の足を踏んでいた業者に、
    充電スポットの設置を決断させるには充分な速度では無いでしょうか?

    --
    吟醸しか飲まない豚
    • firewheel (31280) : 2009年03月15日 11時29分 (#1531216)

      >インフラであるはずの家庭環境を無視してね?
      >ブレーカー飛ぶよ。さもなくても電線が燃えるよーな気が。
      電流は大きいけど、電力としてはそんなでもないと思います。

      今のノートPC用バッテリーの充電に使用される電力がどの程度か知らないけど、56W程度の
      ACアダプタでノートPC本体の駆動+充電+USB機器が利用可能であることを考えると、充電は
      たかだか10Wのオーダーでしょう。その20倍になっても200Wかそこらでしかない。仮に56W×20
      としても1KWちょっと。長時間使用する電気コンロやエアコンに比べたら負荷はたいしたこと
      ないのでは。(逆にいうと速度が今の数百倍を超えると、現在の家庭用のインフラの限界を
      超えることになりそう。その時はガソリンスタンドならぬ充電スタンドに持っていって充電
      するようになるのかな。)

      >>この場合、対象となるのは、電気自動車用のバッテリーなのではないでしょうか?
      電気自動車にとって理想的でしょうけれど、最初に普及するのは小型機器からで、
      自動車などの大型大電流を使う機器に普及するのはその後では。

      これは液晶モニタでも、LED照明でも同じ。
      カラー液晶が40インチなんて大画面のTVに使われるようになったのは最近の話だし、
      LEDは懐中電灯の代わりにはなっても、蛍光灯を置き換えるにはまだなってません。

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  • Anonymous Coward : 2009年03月15日 18時03分 (#1531325)
    当たり前に使えてるものが如何に進歩してきたものかを感じてないんだろうなぁ。
    容量が増えた割には充電時間が増えてない現実とか、チリも積もれば山となる、
    という技術の変遷をよーく見てみれば、実は結構な改良が行われてきたのにさ。
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