科学ニュース速報

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カテゴリ: エネルギー等

1: \(^o^)/ 2018/01/30(火) 18:31:54.78 ID:CAP_USER
米カリフォルニア大学サンディエゴ校は25日(米国時間)、寿命を迎えたリチウムイオン電池の新たなリサイクル手法を開発したことを発表した。

リチウムイオン電池は、スマートフォンやノートPCなどで利用されている、リチウムイオンの陽極と陰極間の移動を利用した二次電池。
リチウムやコバルトなどの希少金属がカソード(陰極)、グラファイトなどがアノード(陽極)の材料として使われている。

リチウムイオン電池が消耗すると、カソード材料のリチウム原子の一部を失ってしまい、カソードの原子構造も変化することで、イオンを出し入れする能力が低下する。

開発された新たなリサイクル手法は、カソード材料(リチウムコバルト酸化物)を回収したあと、元の状態に復元するという。対象となるカソードは、ほとんどの電気自動車に使用されている、ニッケルやマンガン、コバルトを含む「NMC」となる。

まず、使用済みリチウムイオン電池からカソード粒子を回収し、リチウム塩を含む高温のアルカリ性溶液中でカソード粒子を加圧し、800℃まで加熱する。

その後、時間をかけてゆっくりと冷却する焼きなまし(アニール)処理を行なうと、
またカソードが電池材料として利用できるという。
なお、前述のアルカリ性溶液は、カソードの復元処理に使いまわせる。

研究者らが、この再生した粒子から新しいカソードを作製し、実験を行なったところ、オリジナルと同じエネルギー貯蔵容量、充電時間、寿命を持つことが確認されたという。

Chen氏によれば、このリサイクルプロセスは、新品のカソード粒子を作るのと本質的に同じものであり、使用後の材料も、同じ処理を行なうだけで元に戻せることを示しているとする。

1kgのカソード材料をリサイクル処理するには、ガソリン約4分の3カップ分に相当する5.9MJ(メガジュール)のエネルギーを消費するが、現在開発中のほかのリチウムイオン電池のリサイクル処理では、少なくともその2倍のエネルギーを消費してしまうため、優位性があるとしている。

同校のナノエンジニアリング教授であるZheng Chen氏は、「電気自動車の台頭などにともなって、何百万トンものリチウムイオン電池が廃棄される見込みであるほか、リチウムやコバルトなどの貴重な資源のさらなる採掘が行なわれれば、それらが水質/土壌汚染につながってしまう」と述べ、使用済み電池を継続的に回収し、再利用ができれば、そういった環境への損害や廃棄を防げると語っている。

現状では、使用済みのリチウムイオン電池のうち、リサイクルされているのは5%未満に過ぎないという。

またChen氏は、「リチウムやコバルト、ニッケルの価格は大幅に上昇しており、そういった高価な材料を回収することで、電池価格の低下にもつながる」と述べている。

将来的には、産業規模でこのプロセスを最適化することが目標となるため、研究チームはアジアの電池会社と協力する予定。

とくにカソードの回収工程について、現状では手作業でバッテリから取り出さなければならないため、この工程を単純化し、プロセス全体を自動化して工業的に実現できるようにしていくという。

また、NMCに加えて、あらゆるタイプのカソード材料をリサイクルできるようにリサイクルプロセスを改良し、すべてのカソードで利用できる一般的なリサイクルプロセスにすることを目標としており、使用済みアノードのリサイクルプロセスについても開発に取り組んでいくとしている。

画像:リチウムイオン電池の使用済みカソード粒子 David Baillot/米カリフォルニア大学サンディエゴ校
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画像:カリフォルニア大学サンディエゴ校のYang Shi氏(左)とZheng Chen教授(右)
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PC Watch
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1103762.html

引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1517304714/

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1: \(^o^)/ 2018/01/24(水) 16:42:32.68 ID:CAP_USER
世界150カ国以上が加盟するIRENA
(国際再生可能エネルギー機関:International Renewable Energy Agency)は、
2018年1月13日に再生可能エネルギー電源のコスト動向をまとめた報告書
「Renewable Power Generation Costs in 2017(再生可能エネルギーの2017年の発電コスト)」を公表した。
2010年から現在までの約7年間で、太陽光発電のコストは73%、陸上風力発電のコストは約25%低下しており、再生可能エネルギーは着実に競争力のある電源になりつつあるとした。

2017年の世界における太陽光発電の加重平均による均等化発電原価(LCOE)は10セント/kWh(キロワット時)、陸上風力発電は6セント/kWh、水力発電は5セント/kWh、バイオマスおよび地熱発電は7セント/kWhだったと試算した。

IRENAによると、2017年のG20諸国の化石燃料を利用する電源の発電コストは5〜17セント/kWhと推定されている。
このことからも、再生可能エネルギーの発電コストは、化石燃料を利用する電源と比較しても遜色ないレベルまで下がっている。

〈太陽光は2020年までにさらに半減〉

報告書では、太陽光発電については、さらに2020年までにコストが半減する見通しだという。
さらに、陸上風力発電も同年までに5セント/kWhまで下落するとしている。

こうした予測を支える要因の1つとなっているのが、2017年に世界で非常に低価格で応札された太陽光・風力発電プロジェクトが複数登場したからだ。
太陽光、風力ともに発電コストが3セント/kWhを下回る事例が生まれている。

こうしたグローバルな競争入札の拡大の他、技術革新のさらなる進展、中~大規模の開発事業者の台頭などが、さならるコストの低下を推し進める。
こうした影響によって、IRENAは2020年には太陽光発電と陸上風力発電の優良な案件については、3セント以下の発電コストが主流になると予測。
つまり、化石燃料を利用する電源の発電コストを下回るという試算だ。

図:陸上風力、太陽光、洋上風力、集光型太陽光の発電コスト推移 
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スマートジャパン
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1801/22/news045.html

引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1516779752/

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1: \(^o^)/ 2018/01/15(月) 18:55:02.60 ID:CAP_USER
大阪大学(阪大)は1月12日、黒リンとバナジン酸ビスマスを用いた光触媒を開発し、
紫外光のみならず可視光の照射によっても、水から水素・酸素割合を効率よく生成できることを発見したと発表し、同日大阪にて記者会見を実施した。

同成果は、阪大 産業科学研空所の真嶋哲朗 教授、藤塚守 准教授らの研究グループによるもの。
詳細は、ドイツの科学誌「Angewandte Chemie International Edition」(オンライン版)に掲載された。

太陽光で水を分解して水素と酸素を生成することができる光触媒反応は、太陽光エネルギーを化学エネルギーへ変換する方法として、人類の1つの夢といえる。
しかし、これまでに開発されてきた光触媒においては、その変換効率は低く、完全な水分解を起こし、水素と酸素を同時に生成することは困難だった。

真嶋氏は、「光触媒は昔から研究されており、化石エネルギーから電気エネルギーへのシフトが要求されている昨今では、さらにその注目度を増している。そのためには水素を安く大量に作成する必要があるが、従来の光触媒では、太陽光の3~4% にすぎない紫外光を利用するため、水から水素への太陽光エネルギー変換効率が低いという問題があった」と説明する。

またその問題に加え、目的の反応を進行させるためには犠牲剤を使用する必要があること、動作の最適化のために回路素子に一定の電圧(バイアス電位)を与える必要があることなどから、光触媒の実用性は低かった。

〈植物の光合成機構を模し、より多くの太陽光エネルギーを利用〉

「今回開発した光触媒は、紙のように薄い、シート状の黒リンとバナジン酸ビスマスを用いたもの。これらが引っ付きあい、その界面(バルク)が有効に働くことで、太陽光の広い波長の吸収を実現している」と同氏。

同研究で黒リンが用いられたのは、可視光から近赤外光までの幅広い領域の波長の光を吸収できるためだといい、同材を用いることで、波長が約700~1300nm程度の光を吸収することができるようになるという。
さらに今回、バナジン酸ビスマスとの複合材を開発し、より低い波長(約400nm~)における光吸収も実現した。

また、同触媒の構造は、植物の光合成における電子の移動機構である「Zスキーム」を参考にしたものだという。
「植物の光合成は、2つの系による2段階の光励起が行われており、今回、この機構を模した人工物の光触媒を開発することで、光合成によく似た働きを行うことが確認された」と真嶋氏は説明する。

具体的には、黒リンとバナジン酸ビスマスがともに可視光に応答して光励起し、黒リンの光励起によって生成した電子がプロトンを還元して水素を生成し、一方のバナジン酸ビスマスの励起によって生成した正電荷が水を酸化して酸素を生成するという流れで、水から酸素と水素が生成されるのだという。波長420nm光の照射の場合、水素と酸素の生成量はそれぞれ160、および102μmolg-1h-1であり、バナジン酸ビスマスの伝導体から黒リンの価電子帯に電子が移動することで、触媒反応が効率よく進行することも分かった。

同成果に関して真嶋氏は「今回の光触媒は、可視光の照射下で、水の入ったビーカーに入れるだけで水を完全分解する画期的なもの。犠牲剤やバイアス電位、さらには比較的高価なコバルト触媒も必要ない」とコメントし、「ほぼ無限に存在する太陽エネルギーと、地球上に大量に存在する材料である水を用いて水素を生成することで、今後の水素社会の実現に貢献できると考えている」と述べた。

画像:光触媒による光合成イメージ
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画像:層状構造の黒リンの厚さをコントロールすることで、幅広い波長の光を吸収できるようになった
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画像:植物の光合成を模した光触媒により、太陽光の広い波長の吸収を実現
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画像:黒リンとバナジン酸ビスマスの反応機構の概要
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マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180115-571065/

引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1516010102/


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