マグネシウム電池はリチウムイオン電池の後継になるか

現在再充電で繰り返し使える2次電池は各種あるが、現在最も普及しているのがリチウムイオン電池であり、今後もまだまだ主役として市場の拡大は続くと見られている。

しかしリチウムやコバルトの希少資源(レアメタル)を多用するので原材料の安定的な確保や使用後のリサイクルに課題がある。

リチウム電池の次の候補の一つに、資源が豊富なマグネシウムを利用するマグネシウム電池が考えられているが、電力密度が低いことや反応で電極表面に絶縁物が生じる等技術課題があった。

東工大の矢部教授らは、薄膜状のマグネシウム電極を使うことでこれらの課題の克服に目途をつけ、ベンチャー企業を興し、マグネシウム電極を薄膜にすることで、電池の小型化、持続時間の増大、電池の大容量化にも道をつけた。

非常用電源としては既に企業と組み2014年、少容量タイプが発売されている。
また長期間劣化しにくいことや取扱性の良さなどから防災用に期待されている。(水と塩で発電するLEDランタン

2次電池としてはホンダや埼玉県が実用化の目途を付けたとされ関連銘柄の株価も一次急騰した。
しかし技術の詳細が明らかにされていない。

リチウムイオン電池並の性能や価格を実現するにはまだ年月が掛かりそうで、これからも当分はリチウムイオン電池の拡大が続きそうだ。

通常のガソリン自動車用バッテリー鉛電池が普通だが軽量化の為、リチウムイオン電池が一部採用され始めてはいる。しかし安定性、取扱性、値段の安さ等でまだすぐには取って代わられるものではなさそうだ。

従って、リチウムイオン電池の性能を大幅に上回る2次電池が期待されており、
当面その最も近い物が硫黄電池のようだが、しかし当面の本命はやはりマグネシウム二次電池かと思わせられる。

産総研から2016年3月に発表された資料(ロードマップ)は、ビジュアル化を徹底させたプレゼン資料で、マグネシウム電池の開発状況がよく分かる。(内容は難しいが)
ポストリチウム二次電池の開発~マグネシウム二次電池の創製に向けて~)

 

最後のページ(22ページ)にも注目。
一見元素周期表みたい、いや全然違う。
よく見ると元素記号だけで作った英文メッセージだ。
ユーモアもあり、字(アルファベット)余りも無い。
良く考えられた(組み合わせた)ものと感心した。
Motivation Research Synthesis.I am Lunatic.
(Thank you for your) Cooperation.
かな?

 

 

 

 

水素の常温、大量輸送方法

これまでの石油から水素をエネルギー源とする水素社会が到来しようしている。

その水素の製造方法には、①天然ガス採取時に副生する水素を分離膜等で分離補集する。②天然ガスを分解して取り出す。③水を分解して取り出す。等いろいろあるが、①の方法が現在最も現実的な技術とし行われている。

その水素の貯蔵や輸送方法はこれまで水素吸蔵合金に吸収させたり、水素ガスを高圧に圧縮して耐圧性のタンクに入れる方法や水素を摂氏マイナス253度迄冷却して液体にする方法が使用されてきた。しかしこれらの方法で大量の水素を貯蔵したり運搬するには新規な大掛かりなインフラを整備する必要がある。

因みに少量の場合の例となる、トヨタの燃料電池車「ミライ」は70MPa(700kg/cm2)の高圧に圧縮された水素が炭素繊維製のタンクにいれて使われている。

これに対し、従来からも提唱されてきたにもかかわらずにあまり大きく取り上げられなかった方法がいま脚光を浴びている。

それは水素をトルエンに吸収(反応)させてメチルシクロヘキサン(MCH)と言う化合物にすると言うもの。こうすると水素の輸送や保存が常温・常圧で出来るのである。

トルエンはベンゼンにメチル基が1個ついただけの炭化水素分子で、不飽和結合(2重結合)を3個分子内に持つので水素を6個付加することが出来る。この反応で水素ガスの体積を500分の1の液体に変えることが出来る。MCHは修正ペンなど日曜品にも使われているもので日常条件で安全に取り扱える。

ただMCHから水素を取り出す技術がこれまで確立されていなかった。触媒を使う方法はあったが、耐久性が1,2日で工業用としては使えなかった。

千代田化工はプラチナを1ナノメートルよりも細かくすることで耐久性が1年ある触媒を開発し、水素を常温で貯蔵・輸送してから効率的(回収率95%以上)に取り出す手法「SPERA水素システム」を開発し日本経済新聞社の地球環境技術賞の最優秀を受賞した。

想定される水素サプライチェーンは以下の通り

まず資源国で天然ガスを産出する際に水素だけを分離する。→現地のプラントでトルエンと反応させてMCHとする。→タンカーで日本に運びプラントで水素を取り出す。→MCHは再びトルエンとなる→資源国に運ばれてMCHとするため再利用される。このサイクルと繰り返す。

 

 

未来の冷蔵庫は磁気で冷やす?

新しい冷却方式である磁気冷却についての新聞記事(日経8月25日)を紹介します。

現在の冷蔵庫などで使われているヒートポンプ(HP)はコンプレッサー(圧縮機)を使い配管に閉じ込め冷媒ガスを循環させて周囲と熱を受け渡しする。

冷媒を膨張させ液体から気体へ変える時に気化熱を奪い周囲を冷やす。逆に冷媒を圧縮して気体化から液体に戻す時には外部に凝縮熱を出す仕組みだ。

この方式の原理は、のデメリットはコンプレッサーの騒音や振動が発生することや、地球温暖化のガスを使っていることだ。

これに対し、磁気ヒートポンプは圧縮機も冷媒も使わなず、モーターで永久磁石を回転させ、周りに配置した磁性体に磁気を加えたり消したりして発熱と吸熱を繰り返す。

この原理は、「磁気熱量効果」と呼ばれる現象で、磁気が生じる源となる「スピン」と言う電子の性質に由来している。電子のスピンがバラバラの状態から一定の向きに揃う時に発熱し、スピンの向きがバラバラに戻るとき吸熱する。

スピンの向きがバラバラの状態は揃った状態よりエネルギーが低いので、その差を熱エネルギーとして出し(発熱)入れ(吸熱)している。

この吸熱、発熱を引き起こすため、中央に回る永久磁石と周囲に0.6ミリの細かい磁性体の粒を周りに詰めたパイプ(温水用と冷水用)を配置した構造の装置となっている。

磁性体には、この高い性質を持つレアアースのガドリニウム(Gd)が使われているが、近年は安価な鉄やマンガンをべーすとした合金での開発も進んでいる。

現在製品化されいるのは、白物家電で世界首位の中国ハイアールがドイツの化学会社や米国の航空宇宙関連会社と共同で2015年に施策したワインクーラーがある。ワインは振動に弱いので磁気HPが適しているため。従来より35%効率がいいそうだ。

日本では空調設備最大手のサンデンホールディングスが東工大とまた自動車部品大手のデンソーが研究を行っている。

現在の冷却方式で使用している冷媒ガスは低温下では液体から気体に戻しにくいが、磁気HPならこうした効率は悪くならない。

将来の有望な製品化品目としては、業務用冷凍機や電気自動車(EV)用のエアコンがある。エンジンがないEVは冬場の暖房用の熱源がないため電気で暖房用の熱を作ると走行距離に大きく響く。そこでこの磁石で熱を発生させるヒートポンプが期待されている。

 

 

参考サイト1はここ

参考サイト2はここ

参考論文はここ