プリウスなどハイブリッド車に搭載で航続距離120km??リチウムイオン電池を凌駕する革新型蓄電池の基礎技術開発競争

蓄電池の開発ってまだまだブレイクスルーが来そうな感じがしませんか。プリウスにしろ、リーフにしろ、安く、充電時間の短い、容量の多い電池が使えればもっと普及すると思います。

この秋に発売されるプラグインハイブリッドのプリウスPHVが電池だけで50kmの航続距離となるようですが、これから紹介する新技術により、さらに伸びて120km?に達するとか。しかも充電に要する時間も短くなる可能性があるようです。

「京都大学」vs.「東京工業大学+トヨタ自動車株式会社 」によるバッテリー開発の話です。

まずは京大の成果から。


―RISINGプロジェクトの成果を学会発表―

2016年3月28日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
国立大学法人京都大学

NEDOのプロジェクトにおいて、京都大学、産業技術総合研究所などの研究グループは、
リチウムイオン電池の性能限界を凌駕する新しいコンセプトの蓄電池(リザーバ型蓄電池)の開発に取り組み、
従来不活性とされてきた電池系において充放電特性の向上等に成功し、500Wh/kgを見通す革新型蓄電池の基礎技術の構築に向けて大きく前進しました。

本研究グループは、2016年3月29日~31日に大阪で行われる電気化学会第83回大会において、この研究内容を発表します。

1.概要

プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)における走行距離を伸ばすため、従来のリチウムイオン電池(LIB)の性能を遥かに凌駕するエネルギー密度を有する革新型蓄電池の実現が待たれています。

LIB(図1)は、イオンを収納する入れ物(ホスト材料)の間でリチウムイオンをやり取りする(インサーション型蓄電池とする)ことで充放電を行うために、繰り返し充放電特性(サイクル特性)に優れるという利点がある一方で、ホスト材料の重量や体積が嵩むために、達成可能なエネルギー密度に限界があります。

この入れ物を廃して、金属そのものを電極として利用する新しいコンセプトの蓄電池(リザーバ型蓄電池)(図2)にすればエネルギー密度は大幅に向上しますが、電極材料によってはサイクル特性に大きな問題を抱えることになります。特に、電極反応生成物が電解液に全く溶解せずに活性を示さない場合や、電解液に過剰溶解して散逸する場合は、サイクル特性が期待できず二次電池としては使用が困難でした。

そこで、NEDOのプロジェクト※1において、京都大学、産業技術総合研究所などの研究グループは、電解液に電極の反応種が適度に溶解できる環境づくりに着目し、添加剤(アニオンレセプター)の導入、溶解性の高い電極材料の固定化、電極―電解質界面のナノレベルでの制御等を行った結果、種々の材料においてサイクル特性や充放電特性の向上等に成功しました。

今後は、出力特性、安全性等も含めて車載用蓄電池として要求される性能を更に高め、より早期に実用化に繋げていくことが期待されます。

なお、本研究グループは、2016年3月29日~31日に大阪で行われる電気化学会第83回大会において、この研究内容を発表します。

(以下ソース元でどうぞ)

ソース元:NEDOプレスリリース
http://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100543.html

依頼スレ51の177

別ソース
http://www.asahi.com/articles/ASJ3X5RH3J3XPLBJ00C.html
実験レベルでは、電池性能を示すエネルギー密度が電池の重さ1キログラムあたり398ワット時を記録。
リチウムイオン電池の到達可能な最大値と考えられる同約300ワット時を超えたという。

参考(既スレあり)
リチウムイオン電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体電池を開発
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
http://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100537.html


>>
スレタイ、省略した結果間違ってない?
これって結局のところ、リチウムイオン電池自体の改良研究だろ?

>>
NEDOのタイトルそのままだけど


そして東工大+トヨタです


・東工大・トヨタの開発した全固体セラミックス電池では
900Wh/kg くらいまで行くので、今ごろ 500Wh/kg かよって感じ。
http://www.titech.ac.jp/news/2016/033800.html


平成28年3月22日
東京工業大学
トヨタ自動車株式会社
トヨタモーターヨーロッパ
高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター
茨城県

【要点】
○世界最高のリチウムイオン伝導率を示す超イオン伝導体を発見
○超イオン伝導体を利用した全固体セラミックス電池が最高の出力特性を達成
○高エネルギーと高出力で、次世代蓄電デバイスの最有力候補に。

東京工業大学大学院総合理工学研究科の菅野了次教授、トヨタ自動車の加藤祐樹博士、 高エネルギー加速器研究機構の米村雅雄特別准教授らの研究グループは、リチウムイオン二次電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体型セラミックス電池(用語1)の開発に成功した。従来のリチウムイオン伝導体の2倍という過去最高のリチウムイオン伝導率をもつ超イオン伝導体(用語2)を発見し、蓄電池の電解質に応用して実現した。

開発した全固体電池は数分でフル充電できるなど高い入出力電流を達成し、蓄電池(大容量に特徴)とキャパシター(高出力に特徴)の利点を併せ持つ優れた蓄電デバイスであることを確認した。次世代自動車やスマートグリッドの成否の鍵を握るデバイスとして熾烈な開発競争が繰り広げられている蓄電デバイス(用語3)のなかで、最も有力なデバイスといえる。

同研究グループは超イオン伝導体の結晶構造を、大型放射光施設SPring-8のBL02B2を利用したX線構造解析、および大強度陽子加速器施設J-PARC(用語4)に茨城県が設置した粉末中性子回折装置「茨城県材料構造解析装置(iMATERIA:BL20)」で解明し、三次元骨格構造中の超イオン伝導経路(用語5)を明らかにした。さらに電極反応機構を、電解液を用いるリチウムイオン二次電池と比較し、高出力特性が全固体デバイスの本質的な利点であることを解明した。

研究成果は3月21日(現地時間)発行の英国の科学誌「ネイチャーエナジー(Nature Energy)」電子版に掲載される。
また、成果の一部は国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成事業にて得られたものである。

(以下ソース元をどうぞ)

ソース元:spring8
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/160322/


プラグインハイブリッドに搭載すれば電池だけで航続距離100km行っちゃうよwwwww

ところでプラグインハイブリッド車のリッターあたり航続距離として例えば普通の第三世代プリウスがJC08モードで33km、一方第三世代プリウスの派生型のプラグインハイブリッド車では電池のみでの航続距離26kmなどと言われていてプラグインハイブリッドとしてのリッターあたり航続距離は61km、などといわれているこれを聞いて、数値を足しただけ?って考えたんだが

第四世代プリウスがJC08モードでリッターあたり37km(40km走る奴は一部の型だけ)、一方、今年の12月発売予定の第四世代プリウスの派生型のプラグインハイブリッド車では電池のみでの航続距離50kmなどと言われているんだがプラグインハイブリッドとして運用するとリッターあたり70kmの航続距離、との話なんだよな

で、プラグインハイブリッドとして運用した時の航続距離ってどうやって定義するんだ?上の第三世代のリッターあたり航続距離だと、電池を全て使い尽くしてからエンジンが動いた場合って感じだな下の第四盛大の数値だと、電池の電気残量が1/3になったところでエンジンが働きつつ電池を充電させるのかなあ???

単純に足しただけだと90kmなんだろうけど、どういう計算なんだろう?

まあ、今年の12月発売予定の第四世代プリウスの派生型のプラグインハイブリッド車にこの電池を搭載したら、電池の電気だけで100kmも走れるとんでもない性能になるのかねえ。

しかしこうなると充電時間がやたら長くなるかも知れん電池ごと充電しておいてそれを取り替えるシステムとかにならんだろうな?

新型のプラグインハイブリッドのプリウスが、電池のみの航続距離で60kmって言っているから
この技術を早速使った?と思ったらまだ使ってないんだよな

つまり、この新型PHVプリウスの電池と同じ容積でこの技術を使った電池を搭載すれば電池のみの航続距離で120kmも走ってしまい、それで毎日電気継ぎ足しとかしてたらガソリンエンジンの出番なんて殆ど無くなってしまうって考えたくなる

とはいっても、中のプログラムによって電池残量がある程度減ってきたら勝手にガソリンエンジンも回して充電を始めるので、120kmのうちまだ80km分が残っている!って状態でもエンジンが動いてしまうので全くガソリンを食わない訳でもない

それでも、今年10月にヨーロッパで先行販売だという新型PHVプリウスがプラグインハイブリッド燃費70~80km/lとか言われているんだっけ?、そして最初にフル充電で無いなら37km/l

これだと、120kmも電池だけで走るのなら、第5世代のプリウスPHVのプラグインハイブリッド燃費なんて150kmくらいになってしまうかもな?高速道路をSAが3~5つくらいごとに充電して走れば、稚内から鹿児島くらいまで無給油で行けそうだ(津軽海峡はフェリーに乗るしか無いが)


ホンダのアコードも充電して電池のみで100km走るPHVとかある
三菱のはオフロード車のアウトランダーで現時点で60km

アコードにこれと同じ技術を組み入れれば200kmを走ってしまうな
ガソリンエンジンの意味がぐっと減ってしまう
(冬季に暖房を強く入れながらの走行、山の上り坂での走行などでは
多分ガソリンエンジンが不可欠になるだろうが)

アクアでプラグインタイプだと電池が巨大化しちゃうから車体に収まらなくてダメだな
ホンダのグレイスも5ナンバーだからプラグイン化は難しいか


あれ?昨日にアコードで100kmって記事を見たのに見つからなくなっちゃったw

やっぱり現状ではアウトランダーがこの方面ではトップが
しかしこの電池をランドクルーザーに組み込んだら物凄い性能になっちゃったりして?w


>>
結局何がどの程度できるの?

>>
これから更に性能向上すると
・電気自動車や電動バイクが実用レベルになる(燃料コスト削減)
・原発の捨てていた余剰電力を貯めておけるようになる
・各家庭や事業所ごとに蓄電設備を設けることでピークタイムの発電負荷を軽減できるので大規模発電所の増設を抑制できる
・ソーラーや風力など小規模発電の電力を蓄電しておけるようになるので高効率になり実用レベルが上がる
・停電リスクがかなり低くなる
・雷撃には弱いので雷保険が一般に普及する
・日本では全く見掛けない雷撃ブレーカーが一般的になる
・化石燃料の消費量が激減する
・多くのエンジン製品が電気モーターに置き換わる
・電気モーターは構造が単純で製造難易度が低くエンジンより小型にできる、
・安くなる、エネルギー効率もよい、メンテナンスも超簡単
・製造現場ではロボット化が進むので労働者人口が減っても移民数を抑制することができる
・あとはスマホとか色々なバッテリー切れの心配がなくなるとか

>>
それは凄いですね。
問題はどのくらいの期間でそれが実用化できそうかということですが
希望は持てますね。最近では珍しい嬉しいニュース

ガソリン給油より早い充電が可能な電気自動車か。。。夢の技術だな



数分でフル充電って書いてあるじゃん
まあ、それだけの電気を流し込むんだから、高電圧大電流の設備が必要だろうけど、そのくらい一般家庭ですら用意できるだろうし
ガソリンスタンドほど設置が難しくないんで、あちこち(例えばコンビニの駐車場)に簡単に充電場所作れるだろう



>>
特高電圧(66,000V)の電線から直接給電できるなら
どこでも充電器設置できるね。


>>
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2016/160322/
>室温や高温での高電流放電において1000サイクルに及ぶ安定した特性を持ち、実用可能な耐久性を示した。
>500-1000サイクルに及ぶ充放電試験においても、劣化がほとんど無いことを示している。

>>
毎週充電しても20年か

今のノーパソの充電池って数年でダメになるけど
性能寿命が理想に近づくわけ?


>>
リチウム二次電池の寿命は充電回路の性能が大きく影響するので一概に言えないけれど
控えめに見積もって倍にはなるんじゃないかな
液体電解質キャパシタと、導電性高分子固体電解質キャパシタの寿命の差が
最低でも倍はあるので

リチウムイオンを通しやすい固体って、
海水からのリチウム回収にも使えそうだな。
http://news.mynavi.jp/news/2014/02/10/241/



All-Soliod Lithium
All-Soliod Lithium-Sulfur

Li-S(All-Soliod Lithium-sulfur batteries)Soryu class submarine SS-511、512

All-Soliod Lithium-sulfur batteries (Li-S) 230,400kWh (300Wh/kg)
Submarine electric motor 8,000hp (6,000 kW)
Maximum fully submerged speed and time by Li-S
5knots (110kW): 2,094h 87days 10,470nm (19,390km)
6knots (190kW): 1,212h 50days  7,272nm (13,467km)
7knots (287kW):  802h 33days  5,614nm (10,397km)
10knots (811kW):  284h 12days  2,841nm (5,261km)
15knots (2540kW):  90h
20knots (5900kW):  39h


燃料電池は化学電池やコンデンサーと違って
瞬時にオンオフするような使い方には向いてないんじゃなかったかな。
燃料電池車にもバッファーとして小容量の高性能二次電池は必要なのでは



磁石、電池、パワー半導体、どれも長い時間かけて性能を上げてきた。
その過程に貢献したわけでもなく組み合わせただけというイメージだな、テスラ


>>
小さなリチウムイオン電池を多数組み合わせると凄く安くなる→大赤字
リチウムイオン電池を大量生産すれば凄く安くなる→なるわけねー
って、ありもしないコストダウンを口実に投資を集めてその前の赤字を補填してるのがテスラな

テスラは容量管理のスイッチング技術が売りなのでは?
だから、小型リチウムイオン電池を使ったわけだし。
普通の自動車会社が作る電気自動車とは設計思想が違うと思う。

だから上手くいかないw



>>

>テスラは容量管理のスイッチング技術が売りなのでは?

ねーよ

>だから、小型リチウムイオン電池を使ったわけだし。

でも最初っから赤字なんだからテスラには使い物になる技術はなかったってこった

>>
>IT業界とは違って、人命預かるクルマターゲットだし、実用化にはあと10年は最低かかるよ。

うんうん、人命預かるクルマ産業にテスラの出る幕なんてないわな



>>

>うんうん、人命預かるクルマ産業にテスラの出る幕なんてないわな

じゃあテスラが今年の晩夏にでも下記材料を自社EVに採用したら、信用してやるよwww
ttp://www.nature.com/articles/nenergy201630

もしテスラがトヨタの特許抵触を恐れて全固体電池採用を見送る可能性が有るならば、
日立造船が適当なのを売ってるから、晩夏に固体電解質を自社EVへ採用して市販化を開始したら、信用してやるよww

ほれほれほれwww


>>
つうか、テスラなんかZEV規制騒動が産んだ「投資家の為の」企業なんだから、
あそこに自動車業界の将来とか独自の新技術や販売戦略とか期待してたらダメだぞ。

>>
パナソニックは判断が早すぎたと思う。
イメージ戦略の上手いテスラは家庭用電池に流用しようとしてるけど、それすら駆逐されるかも。
それこそが、ベンチャーのベンチャーたる由縁。
2年後にトヨタあたりが位階充電で500キロ走れるEV出してくるかもしれないしね。
それも5分間で急速充電可能なやつ。

まぁ全固体セラミックス電池でググってみたらわかるよ。


>>
>2年後にトヨタあたりが位階充電で500キロ走れるEV出してくるかもしれないしね。

先月のnatureの奴なら夢見過ぎだろー。
IT業界とは違って、人命預かるクルマターゲットだし、実用化にはあと10年は最低かかるよ。


超イオン伝導体を発見し全固体セラミックス電池を開発
高出力・大容量で次世代蓄電デバイスの最有力候補に
http://www.titech.ac.jp/news/2016/033800.html




全固体型セラミックス電池 : 電池の構成部材である
正極、電解質、負極をすべてセラミックスで構成した電池。
有機電解液をセラミックス固体電解質に置き換えることで、
さらなる安全性の向上が期待されている。主に電解質材料の
イオン伝導率が低いことが原因で出力に課題を有する。
解決の鍵は電解質材料のイオン伝導率の向上であるとされる。