パスワードを忘れた？ アカウント作成
Close
71986 story

充電・放電速度が従来の10～20倍というリチウムイオン電池技術、MITが開発 70

ストーリー by otk
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。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。

充電・放電速度が従来の10～20倍というリチウムイオン電池技術、MITが開発 More

  • 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。

      シェア
      親コメント

      • 補足？ (スコア:3, 興味深い)

        by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 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．

        シェア
        親コメント

        • Re:補足？ (スコア:1)

          by Diffusional-Mind (4061) on 2009年03月18日 1時09分 (#1532723)

          初志を貫徹して極めて批判的に書かせていただきます。
          お気を悪くなさらないよう…

          >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．

          XRDでのセルの変化は、細かいようですが、これは有意な差であると考えられます。
          1%に満たないですが、X線回折による格子定数の評価というのは、それほど敏感なものです。
          #この発表をしている研究者たちがいい加減なデータの取り方、解析の仕方をしている場合はこの限りにあらず。
          これだけずれていれば、この議論の本質とは外れたたとえになりますが、
          組成がずれているがゆえのバルク特性変化もありえます。

          >（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．
          誠実に解析と評価を行っていると信じれば、肯定出来なくはないですが、
          あのプレゼンテーション方法では、どうとでも操作できてしまいます。
          #実際に使ってみるとわかると思いますが、EDXによる元素マッピングのいい加減さは想像を絶します。
          空間分解能をあげて、系統的なEELSスペクトル変化を見るような分析をしていないと、
          証拠のレベルまでは行かないでしょう。

          >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．
          本来は、このFigure S6こそメインに出すべき図のはずです。
          これがあるからこそ、少なくとも効果はあるのだなと思えます。
          しかしながら、
          著者らが同等サイズと主張しているサンプルとの比較で有意な差は確かにでていますが、
          この程度の差は、有象無象のドーピングによる材料改質研究と同程度でしか有りません。
          この程度の差が、果たしてこのプレスリリースに値するものでしょうか？

          また、望んだ粒子粒子のサイズを自由に得ることは極めて難しい技術です。
          同等サイズの比較データとしてあげているサンプルはボールミル処理により粉砕して得ています。
          ボールミルは極めて強力な衝突とせん断応力により粉末を磨砕する強力な手法です。
          この様な方法で試料を処理しておいて、結晶格子および表面に差が無いと
          主張するのは極めて非常識です。
          著者らにとって、見た目の大きさしか頭に無いという良い証拠です。

          >EDLCとしての効果は効いていないと言っても良いのでは．
          上で話題に上げているFigure S6ですが、この図において、
          組成をずらしていないサンプルのグラフこそ、キャパシタ特性そのものの曲線を描いています。
          つまり、
          「カーボンを大量に加えているがゆえのキャパシタ容量に加えて、
          少しだけ活物質由来の容量を加えることが出来るようになりましたよ。」
          程度の結果でしかないと捉えることが出来てしまします。

          >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．
          MossbauerスペクトルでのFe3+の存在は、この物質においては、粒子系の小さなサンプルを大気に晒した場合には、一般的に見られるものです。
          理想的にはこの材料は全てFe2+ですが、空気中で容易に酸化されて部分的にFe3+が導入されます。
          今回のように、粒子系が50 nmを下回るサンプルでは当然の結果といえるでしょう。
          このFe3+の量がStoichiometricなものとずらしたもので、果たして差が出ているのでしょうか？

          いかがでしょう？
          「たいしたこと無いけど、表面を改質した効果はあるかもしれないね」
          程度のどうでもいい研究に見えてきませんか？

          シェア
          親コメント

          • 偶然研究で同じ論文（と，ここ）にぶち当たったので追記．

            XRDに関して

            >1%に満たないですが、X線回折による格子定数の評価というのは、それほど敏感なものです。

            高感度というのは確かにそうですが，Stoichiometricな物との差は0.04-0.07%程度で，ナノ粒子であるための半値幅を考えるとそれほど有意な差とは言えないような気がします．

            EDXに関して

            >誠実に解析と評価を行っていると信じれば、肯定出来なくはないですが、
            >あのプレゼンテーション方法では、どうとでも操作できてしまいます。

            そりゃまあそうなんですが，さすがにそこを疑い出すとどうにもならんのでそこはスルーしてます．
            またEDXの精度に関しても，さすがに数十カ所ぐらいは測ってんだろうと期待して．それをやっていないようなグループなら確かに信用ならんですが，あのグループを知っているわけではないので保留（というか善意の解釈でスルー）．
            位置分解能自体は，あのぐらい離れていればまあ大丈夫そうですし．（自分のサンプルを測ってもらってる感じですと，装置にもよりますが10nmぐらい離れれば大丈夫そうに思いますがどんなもんなんでしょ）

            大電流での試験に関して

            >「カーボンを大量に加えているがゆえのキャパシタ容量に加えて、
            >少しだけ活物質由来の容量を加えることが出来るようになりましたよ。」

            まあそれでいいんじゃないでしょうか．
            結局研究としては，高速でのイオンの移動が可能になるってところが示したいだけなんでしょうし．
            その高速性を測ろうとしたときにたまたま多量の炭素を加える必要があって，そのせいで余計な容量がやたらとついてきてるってだけで，測りたい特性自体にはどうでも良い部分ですし．
            #実用まで考えると要るんでしょうが，職業柄実用面はどうでもいいような気がしてしまうんで気にならんのですよね．

            シェア
            親コメント
      • >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。
        シェア
        親コメント

      • >200C(18 min)や400C(9 min)
        200C(18 s)や400C(9 s)
        の間違いですね。すみません。

        シェア
        親コメント

      • コメントのおかげで何となく理解できました。過去に電極に溝を云々って話は聞いたことがあるし「それだけ」でこれほど変わるとは 思えなかったので、すっきりしました。電池に関しては素人レベルか素人に毛が生えた程度の知識しか自分にはないので、 なんで、溝を掘って増えた表面積以上にイオン化するのか判らないし、電極の組成まで違うとは思わなかった。 Diffusional-Mindさんが書いてくれた情報で、ある程度理解できました。少なくとも、現在の二次電池の簡単な改良で 実現できるわけではないのですね。ありがとうございます。

        シェア
        親コメント

    • Re: (スコア:0)

      by Anonymous Coward

      素人の浅知恵ですが、加えた電気エネルギーが効率よく蓄えられるようになった訳ですし、
      いままでと同じ速度で充電した場合、むしろ発熱によるロスはこれまでの電池よりも少な
      くなっているんではないでしょうか。10倍の速度で充電するからといって必ずしも発熱
      量も10倍になってるとは限らないと思う。

      怖いのは、間違ってショートさせた時のように思う。民生用機器に使うなら充電時以外は
      大電流が流れないような保護回路は必要じゃないかと思います。

  • 放電も早い？ (スコア:4, おもしろおかしい)

    by BlueRain (37857) on 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．

    --
    屍体メモ [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。

  • 東芝SCiB (スコア:1)

    by bunny-wheat (25840) on 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

    • Re:東芝SCiB (スコア:1, 興味深い)

      by Anonymous Coward on 2009年03月15日 14時20分 (#1531267)

      性能が劣る、と書かれるとナンですが、重量・エネルギー比のことですよね。
      充放電可能な回数は多いので、ハイブリッド自動車とかには良いと思うのですがね。

      さらに、発動機は充電用にしか使わない代わりに低重量・高効率なものを採用する、という考え方も、もうコンセプトモデルまでは来てるので、制動エネルギーの回収が鍵になるだろうな、と。

      Namir [yahoo.co.jp]の814ccの充電専用ロータリーエンジンとか、そそりますよね (最大効率でしか動作しない内燃機関!)

      シェア
      親コメント

  • そういえば、 (スコア:1)

    by username (37840) on 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）

    • >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

      でも補充が面倒になりますよ？
      そりゃうちらみたいにメタノールやら何やらがゴロゴロ転がっているというのならともかく，市販するとなるとバッテリが減ってくるたびに次のカートリッジを買ってこなきゃいけません．たとえ容量が10倍になったとしても，（今現在）毎日充電しているような機器だと，燃料電池になるとほぼ毎週カートリッジを買わないといけない（家庭で手軽に充電できない）わけで，結構面倒だと思うのですが．
      #それこそ水道のように各家庭に燃料補充用のラインが引かれれば別ではありますが．

      シェア
      親コメント

  • つまり電流過大ってことでオケ？ (スコア:0)

    by Anonymous Coward on 2009年03月15日 7時43分 (#1531158)
    これとか東芝のあれとか、充電時間が短いのはともかくとして、
    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。

    「被覆が融けなかったら充電5分」なんてもん、イヤ過ぎ。

    • 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?

      シェア
      親コメント

      • Re:つまり電流過大ってことでオケ？ (スコア:4, 参考になる)

        by firewheel (31280) on 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。

        シェア
        親コメント

      • Re: (スコア:0)

        by Anonymous Coward

        プレスリリースで言ってるのは、
        携帯のバッテリー充電が数時間が数秒で行くくらい速くなる可能性があるよ。
        車の急速充電にも使えるようになるかもね。
        っていう流れだから間違ってない。どちらさんも。
        充電スポットは、まあハイブリッドじゃない電気自動車のスタイルの共通認識ができるまではローカル運用で待ちだね。

        充電時間が短いっていうことは、まあそういうことだけど、被覆が解けないレベルまで充電時間をコントロールすることが可能になるんだよ。
        電池取り出してフルパワーもいいし、携帯電話につなぎっぱなしでちろちろ供給してもいい。
        車用はともかく、携帯デバイス用の保護回路は今までのじゃだめになる可能性があるから、大電流に対応した保護回路が必要になるね。ざっと見回しただけでも現状の充電にこんだけ不満があるんだから、儲かる話になればいいね。電池屋はライセンスに縛られるかもしれないが、ＩＣ屋はいけるんじゃないかな。

typodupeerror

弘法筆を選ばず、アレゲはキーボードを選ぶ -- アレゲ研究家