全固体電池の常識破る新手法 界面から不純物なくす

https://www.nikkei.com/article/DGXZQOFK228IS0S1A220C2000000/

『全固体リチウム(Li)イオン電池の容量密度を倍増させ、しかも固体電解質と電極の界面における抵抗(界面抵抗)を大きく引き下げられる――。容量密度と出力密度は背反の関係にあると一般的には考えられているが、そんな常識を打ち破る新アプローチを発見したのが東京工業大学、東北大学、産業技術総合研究所、日本工業大学のグループである。

同グループは薄膜の全固体Liイオン電池セルを試作。同界面から不純物をなくすこと…

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同グループは薄膜の全固体Liイオン電池セルを試作。同界面から不純物をなくすことで全固体電池の出力密度と容量密度を同時に高められることを突き止めた。

電解質に液体ではなく固体を使う全固体Liイオン電池では、有機電解液を使う通常のLiイオン電池と比べて、電解質と電極を密着させにくい。そのため、界面抵抗が大きくなってしまう傾向がある。

実用化に向けて研究開発が盛んな硫化物系の固体電解質を使う硫化物系全固体Liイオン電池でさえ、正極材をコーティングすることで同界面抵抗を下げる技術が開発されているが、同グループの東工大物質理工学院応用化学系教授の一杉太郎氏によれば、界面抵抗はそれでもまだ大きいという。酸化物系の固体電解質を使う酸化物系全固体Liイオン電池に至っては、界面抵抗を下げることが実用化に向けた大きな課題の1つとなっている。

今回の界面から不純物をなくすという新アプローチは、そうした全固体Liイオン電池の界面抵抗を、硫化物系か酸化物系かを問わず、大きく下げられると同氏は明かす。同グループが試作した電池セルでは、界面抵抗はこれまでの最低水準だったという。

また、界面から不純物をなくすという今回のアプローチは、界面抵抗、すなわちLiイオンの伝導しやすさという面だけでなく、Liイオンの正極材への入り方にも利点をもたらす。同グループが試作した電池セルがそれを示した。

2倍のLiイオンを取り込む
同グループでは、正極材にスピネル構造の層状酸化物であるニッケル(Ni)マンガン(Mn)酸Li(LiNi0.5Mn1.5O4、LNMO)を、負極材にLi金属を、固体電解質に酸化物系のリン酸Li(Li3PO4)を用いてセルを試作している。そのセルでは、LNMOが放電状態においてLi2Ni0.5Mn1.5O4(L2NMO)となり、従来型の2倍のLiイオンを取り込むことが確認された。Liイオンが倍入るので、容量密度が倍増する。

試作した電池セルにおける正極材での充放電に伴うLiイオンの出入り。電圧2.8ボルト(V)ではLNMOはL2NMOとなり、通常の倍のLiイオンを取り込む(出所:東京工業大学、東北大学、産業技術総合研究所、日本工業大学)
一杉氏はこれには、正極材にスピネル構造の層状酸化物を使ったこと、負極材にLi源となるLi金属を使ったこと、そして界面から不純物をなくしてLiイオンがスムーズに正極材に入っていけるようにしたことが関連していると分析する。

通常の液体のLiイオン電池では、負極にLi金属を使うとLiのデンドライト(樹枝状晶)が発生して短絡(ショート)の恐れがある。このため、現時点では負極にLi金属を使うことは難しく、液体のLiイオン電池では、正極材にLNMOを使っても、LiイオンはL2NMOとなるまでは入っていかない。全固体Liイオン電池の場合も、通常は電解質と電極の界面に不純物が入っているため、Liイオンがより多く入ることを阻害しているとみられる。

これは見方を変えれば、界面から不純物をなくすことで、4.7ボルトと高い電圧で使える5ボルト級の正極材であるLNMOが、Liイオンをたくさん取り入れられるLi過剰系の正極材としても使えることを意味する。

全固体Liイオン電池は、液体のLiイオン電池で使われる有機電解液と違って、5ボルト級と高い電圧をかけても電解質は分解しない。このため、全固体Liイオン電池の研究開発現場では、5ボルト級の正極材を使って電池の電圧を上げることで容量を増やす方向が模索されている。

一方、Liイオンをたくさん取り込めるLi過剰型の正極材を使って容量を増やす方向も探られている。今回の新アプローチは、その両者の良いところ取りを可能にするといえそうだ。

半導体製造の真空プロセスを適用
同グループが固体電解質と電極の界面から不純物をなくすために用いたのが、半導体の製造などに使われる真空プロセスである。具体的にはまず、結晶面を(001)にそろえた集電体の上に、正極材のLNMOの薄膜を「エピタキシャル成長」と呼ぶ方法で形成する。次いで、その上に固体電解質のLi3PO4を成膜し、負極となるLi金属を蒸着するという手順だ。

全固体Liイオン電池セルのこれまでの一般的な造り方は、大気中で、正極合材(正極活物質、固体電解質、導電助剤)や固体電解質、負極合材(負極活物質、固体電解質)のそれぞれの粉末を、筒状の容器に充填してプレスし、必要に応じて焼結するというものだった。

あるいは、大気中で正負極の合材や固体電解質を溶媒に溶かしてスラリーにしてバインダーと混ぜてから集電箔に塗布して、それらを乾燥させてから重ね合わせてプレスするという湿式のプロセスも開発されている。

ただ、いずれも大気中で実施するプロセスであり、正極や負極の活物質の表面には、二酸化炭素や水、プロトン(水素イオン)などの不純物が付着し、界面抵抗を増大させる要因になっていた。同グループは、真空プロセスを適用することで、そうした不純物の付着を防いだ。

量産プロセスなどが課題
もっとも、実用化に向けては課題もある。まず、薄膜の電池セルを前提とした場合は、単セルとしての容量が小さいことだ。汎用的な半導体技術しか使っていないため、薄膜の電池セルを造ること自体には問題はない。だが、「大面積化や柔軟な基板上への形成は難しい」(一杉氏)

小さなセンサーやチップに組み込むなどの適用が考えられるが、それらの市場は現状では立ち上がっておらず、現時点では強力な適用先がないというのが最大の課題だと同氏は語る。

一方、自動車などに使う大型の電池を想定した場合は、「固体電解質も含めてバルクにする必要がある」と同氏は前置きする。その上で、課題はまず、量産プロセスの確立であると語る。

不純物の付着を防ぐには、大気中を通さずに原材料や中間生成物を搬送したり、不活性ガス中でプレスや焼結などを実行したりする必要がある。それを、高コストな真空プロセスとは違う低コストな量産プロセスで実現することが求められているという。

同グループが試作した薄膜の電池セルは、正極材の厚みが60~100ナノ(ナノは10億分の1)メートルほど、固体電解質の厚みが500~1000ナノメートルほどのものである。容量は数ナノアンペア時で、4.7ボルトと2.8ボルトの2段階で動作する電池だ。同グループでは、充放電サイクルで50回まで安定に動作可能なことを確認している。

試作した電池セルにおけるサイクル特性(出所:東京工業大学、東北大学、産業技術総合研究所、日本工業大学)
興味深いのは、通常は充電サイクルが増えるほど減っていく容量が、同セルでは増加していくことだ。「内部で何か良いことが起こっている」と一杉氏はみている。界面から不純物をなくす効果はサイクル特性にも利点をもたらす可能性がある。

同グループが今後の目標として掲げるのは、1つは硫化物系全固体Liイオン電池において界面抵抗を下げること。もう1つは、全固体電池の中でイオンがどう動くのかを解明し、学理として確立していくことだという。

(日経クロステック/日経Automotive 富岡恒憲)

[日経クロステック2021年2月18日付の記事を再構成]

自動運転の米オーロラ、トヨタと提携 21年中に走行試験

https://www.nikkei.com/article/DGXZQOFD09E180Z00C21A2000000/

 ※ 注目したのは、次のような点だ…。

 1、『オーロラは米グーグルで自動運転技術の開発を指揮していたクリス・アームソン氏が2017年に立ち上げた。乗用車だけでなくトラック向けの自動運転システムの開発も手掛けており、19年にはモビリティー分野に力を入れる米アマゾン・ドット・コムの出資を受けたことで話題を集めた。』

 「Googleカー」は、有名だったが、その「セル(中核の技術者)」は、こういう形で生き残っていること。

 2、『オーロラは9日の発表のなかで、まずトヨタのミニバン「シエナ」を改造した自動運転車を試作し、21年末までに米国内で走行試験を始めると表明した。さらに中核部品の生産や販売金融などのサービス開発でもトヨタグループと連携し、数年内にライドシェア専用の自動運転車を量産し発売する計画を示した。』

 「自動運転車」の試作車には、乗用車タイプの車よりも、ミニバンタイプの車のほうが、適しているかもしれないこと。

 おそらく、「レーダー」とか、「自動運転関係の機構」とか、スペース的に納めやすい…、ということがあるんだろう…。

 それと、「自動運転車」は、最初のうちは、「乗り合いバス」みたいな需要が大きいハズ…、と見ているんだろう…。

 3、『新型コロナウイルスの影響でライドシェアの需要減に直面したウーバーは20年末にATGをオーロラに売却すると発表しており、トヨタグループとの協業関係をオーロラが引き継ぐことになった。』

 C(Connected)A(Autonomous)S(Shared & Service)E(Electric)のうちの、「S」は、当分はコロナのせいで、廃れそうだ…。

 逆に、「公共交通手段」でない、「パーソナルな移動手段」ということで、「乗用車」というものが、見直されている側面があるんだろう…。

 トヨタの「好決算」にも、そういうことが伺える…。

『【シリコンバレー=白石武志】自動運転スタートアップの米オーロラ・イノベーションは9日、トヨタ自動車やデンソーと自動運転技術分野で提携したと発表した。2021年末までにオーロラの自動運転システムを搭載した試作車をつくり、米国内で試験走行を始める。トヨタグループと連携し、数年内にライドシェア専用の無人運転車を量産する構想も示した。

【関連記事】
Uber、Amazon出資の米社に自動運転子会社を売却
自動運転に淘汰の波 Uber、自社開発から撤退
トヨタ、今期業績底堅く 半導体不足で見えた供給網の真価

オーロラは米グーグルで自動運転技術の開発を指揮していたクリス・アームソン氏が2017年に立ち上げた。乗用車だけでなくトラック向けの自動運転システムの開発も手掛けており、19年にはモビリティー分野に力を入れる米アマゾン・ドット・コムの出資を受けたことで話題を集めた。

オーロラは9日の発表のなかで、まずトヨタのミニバン「シエナ」を改造した自動運転車を試作し、21年末までに米国内で走行試験を始めると表明した。さらに中核部品の生産や販売金融などのサービス開発でもトヨタグループと連携し、数年内にライドシェア専用の自動運転車を量産し発売する計画を示した。

トヨタとデンソーは米国ではもともと米ウーバーテクノロジーズの研究開発子会社ATGに出資し、ライドシェア専用の自動運転車を21年に実用化する構想を示していた。新型コロナウイルスの影響でライドシェアの需要減に直面したウーバーは20年末にATGをオーロラに売却すると発表しており、トヨタグループとの協業関係をオーロラが引き継ぐことになった。

トヨタは18年にウーバーと自動運転分野での提携を発表した際にも、シエナをベースにしたライドシェア専用車を開発すると表明していた。当時はウーバーの自動運転システムとトヨタの高度安全運転支援システムを二重に搭載するとしていたが、今回のオーロラの発表では試作車には同社のシステムを搭載すると説明している。

トヨタは中国ではネット検索大手、百度(バイドゥ)が主導する自動運転技術の開発連合「アポロ計画」に参画するほか、自動運転システム開発の小馬智行(ポニー・エーアイ)にも出資した。各国・地域の有力企業と連携し、自動運転車の実用化を急ぐ考えとみられる。

多様な観点からニュースを考える
※掲載される投稿は投稿者個人の見解であり、日本経済新聞社の見解ではありません。

奥平和行のアバター
奥平和行
日本経済新聞社 シリコンバレー支局長
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ひとこと解説 トヨタがシリコンバレーに研究所(TRI)を設立して自動運転などに使うAIの開発を進めると発表したのは2015年11月のこと。この分野の第一人者、プラット博士をTRIトップに起用しました。

プラット氏は当初、トヨタの自動運転の「顔」としてCESなどに登壇していましたが、現在は影が薄くなっています。

一方、実質TRI傘下だった日本法人の格上げ、記事にもあるUber自動運転部門やPony.aiへの出資、AuroraによるUber自動運転部門の買収、そして今回の提携などが続きます。

トヨタのことなので深慮遠謀に基づく全方位戦略だと思いますが、混乱を心配する声も出ています。
2021年2月10日 12:23 (2021年2月10日 12:24更新)
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〔兵頭二十八氏のサイトからの情報〕(その2)

 ※ 『mRNAの書き変えは、会社にとっては、わけもないので、これからは、どんなワクチンもすぐできるようになる。
 しかし2020年時点では、多くの人が、18ヶ月以内に新ワクチンができるなんて嘘だ、と思った。
 わたしたちは、《ワクチン革命》を、まのあたり目撃しているところなのである。』という部分が、重要。

 ※ あとは、「重篤な副反応」が、生じないかどうか…だ…。

『Antonio Regalado 記者による2021-2-5記事「The next act for messenger RNA could be bigger than covid vaccines」。
    メッセンジャーRNAはなぜ、使い物になるのか。それは新コロの「スパイク」部分の「模型」のようなものであり、人の細胞内で増殖したりはできない。が、ヒトが正しい抗体を作り出すための正確な病的刺激は、しっかりと人体に加えてやることができるからである。これを注射すればいいんじゃ、と発想したのが、「mRNA」利用のワクチン。すなわちモデルナとかファイザーである。

 今後、この技法は、ヘルペス患者やマラリヤ患者の治療薬として適用をひろげるだろう。
 インフルエンザ予防ワクチンにも必ず応用される。
 また、新コロが将来どれほど変異し続けようとも、「mRNA」を使うワクチンは、今回のように、1年くらいのディレイで追随して行けるのである。

 2019末、中共当局は、武漢肺炎について世界にひた隠そうとした。しかし2020-1-10に、上海の一人の義士が、武漢ウィルスの遺伝子コードを、豪州の研究者へ、オンラインで伝えた。
 このDNA情報が「マイクロソフト・ワード」ファイルの形で世界的に共有されたおかげで、マインツのバイオテック社(ファイザーの開発センター)や、米東部のモデルナ社が、メッセンジャーRNAを利用するワクチン設計に、ただちにとりかかることができた次第である。

 モデルナ社では、新ワクチンの「設計」をたった48時間で了えることができた。それは、北米で最初の新コロ発症者が確認されるよりも11日も前だったのである。

 1990年にはじめて、合成したメッセンジャーRNAを鼠に注射したウェイスマンの回想。あきらかにネズミたちは病状を呈した。量が多いと、死んでしまった。わたしどもは、こりゃ~使えんぜよ、と、当時は思った。

 免疫分子のサイトカインが一挙に大量につくられすぎれば、それが却って本体を殺してしまう。そういうことが、何年も調べるうち、だんだんわかってきた。

 そしてウェイスマンとカリコの2人が、ついに、この危険を回避できる方法をみつけた。それでワイスマンはモデルナ社を創立しようと思った。2010年であった。

 RNAはデリケートで、外気にさらされれば数分で失活する。
 なにかでこれを包まなければならない。
 40種類以上のモノが試された。エジソンが電球フィラメントの最適素材を模索したように。
 最終的に、脂肪の組み合わせに落ち着いた。これはしかし、特許あらそいになっている。

 2017年、マウスと猿を使い、mRNAワクチンがズィカ・ウィルス熱の予防注射になることが示された。

 mRNAの書き変えは、会社にとっては、わけもないので、これからは、どんなワクチンもすぐできるようになる。
 しかし2020年時点では、多くの人が、18ヶ月以内に新ワクチンができるなんて嘘だ、と思った。
 わたしたちは、《ワクチン革命》を、まのあたり目撃しているところなのである。

 ウェイスマンの夢はひろがる。すべてのインフルエンザに対応できるユニバーサル予防注射が可能なのではないか。すべての「コロナ系」ウィルスに対応できる新薬も可能なのではないか。

 ※ウィルス変異の話を聞くと、こういう想像をする。もしウィルス並のスピード感で「進化」する宇宙人がいたらどうなるだろうかと。おそらく彼らはさっさとガンマ線や中性子利用のドゥームズデイ兵器をこしらえてしまい、さっさと自滅するのではないかと。その自滅の痕跡が宇宙の彼方からときどき届くのではないかと。』

カーボンゼロの「最終兵器」、日本先行の宇宙太陽光発電

https://www.nikkei.com/article/DGXZQODZ268P30W1A120C2000000/

『宇宙空間に広がった太陽光パネルで発電、電子レンジに使われるマイクロ波で地上に電気を送る「宇宙太陽光発電(SPS)」。1980年代に日本で研究を始めた京都大学の松本紘氏(現・理化学研究所理事長)から弟子の篠原真毅教授へ情熱は受け継がれ、2050年の実用化を目指し国も動き始めた。中国の猛追もある中、次世代エネルギーとして日本は果実を手にできるか。

電子レンジでテレビを動かす――。京都府宇治市にある京大…

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宇宙空間に広がった太陽光パネルで発電、電子レンジに使われるマイクロ波で地上に電気を送る「宇宙太陽光発電(SPS)」。1980年代に日本で研究を始めた京都大学の松本紘氏(現・理化学研究所理事長)から弟子の篠原真毅教授へ情熱は受け継がれ、2050年の実用化を目指し国も動き始めた。中国の猛追もある中、次世代エネルギーとして日本は果実を手にできるか。

電子レンジでテレビを動かす――。京都府宇治市にある京大・篠原教授の研究室では珍しい実験が話題を呼んだ。電波が漏れないようにトゲトゲの遮蔽構造に覆われた実験室。部屋の中央に置いたコンセントを差していないテレビに電子レンジを改良した設備からマイクロ波を飛ばすと、映像が映し出された。電波は通常、波に情報を乗せて飛ばすが、出力を上げることで電気そのものを送ることが可能だ。

各国で100年以上研究
ワイヤレス送電は米テスラが社名の由来にしたとされる米物理学者ニコラ・テスラが19世紀末に送電実験をしたり、旧日本軍がマグネトロンの軍事転用を実験したり、オランダのフィリップスが携帯電話を電子レンジで急速充電する特許を出願したりと100年以上にわたり有象無象の研究が続いてきた。

実用化は難しいとされ、基礎研究にとどまっていた電波で電気を送る技術だが、ついに実用化フェーズに入ってきた。総務省はワイヤレス給電と呼ばれ、コンセントがなくても電気を飛ばして機器を充電できる技術を企業などが事業に利用できるように電波を割り当てる。パナソニックやオムロンなどの企業が電池レスIoT端末を開発して商用化をにらんでいる。

米ではスタートアップが先行。その一つオシアはビームを反射させて障害物をよける独自の「COTA」技術を開発し、スマートフォンに取り付けたケースでiPhoneを充電できる技術を披露した。パワーキャストは「ワイヤレス・チャージング・グリップ」の名称で、任天堂のゲーム機「スイッチ」のコントローラーを無線で充電できる製品をアマゾンで約150ドルで販売した。

宇宙からビームで送電
電波による送電の可能性はデジタル機器にとどまらない。マイクロ波の出力を上げ、ビームとして照射し、送電線のように使う究極のクリーンエネルギープロジェクトが進む。宇宙空間の人工衛星からビームで飛ばして3万6千キロメートル先の地球のアンテナで受ける宇宙太陽光発電だ。

かつて都市開発ゲーム「シムシティ」で次世代発電所として登場したこともある未来の象徴とも呼べる技術。太陽で起きる核融合反応でエネルギーを取り出す核融合発電と並び、構想こそ優れるものの実用時期は見通せない夢のエネルギーとみられていた。ただ、近年ではカーボンゼロの流れを受けて、国が策定する宇宙基本計画に新たに宇宙太陽光発電の検討が記載されるなど再び実用化に向けた前進の兆しを見せている。

地球上で太陽光発電をした場合、夜間や曇りの場合には発電できないため、平均で太陽光パネルの稼働率は15%とも言われる。夜のない宇宙空間では24時間発電できる。送電線の代わりにビームで送れば地球でエネルギーを受けたり、月面の裏側や他の星に電気を送ったりといったことも理論上可能になる。

宇宙太陽光発電は文字通り夢のプロジェクトだ。日本では京大の松本氏が先鞭(せんべん)をつけ、ロケットを使って宇宙空間でマイクロ波を送電するMINIXと呼ぶ実験に1983年に世界で初めて成功した。松本氏は「もともと(別の)宇宙プラズマの研究をしてたが、人類はいずれ宇宙に出て行くはめになるだろうと思った」と話す。宇宙で電気を送ることは人類がいずれ地球外に生活圏を広げる際にも不可欠な技術だ。

京大で脈々と研究が引き継がれる
1990年当時に京大4年生だった篠原教授は、松本氏の壮大な計画に感銘を受けて弟子入りを決断。その後松本氏は08年に京大総長に就くなどアカデミアの世界のキャリアを駆け上り、10年に教授となった篠原氏は後継者として夢の技術の開発を引き継いだ。

宇宙太陽光発電は経済産業省、宇宙航空研究開発機構(JAXA)を中心に、宇宙システム開発利用推進機構や民間企業では三菱電機、三菱重工業、IHIなどが設備などを提供して実験プロジェクトを推進してきた。実用化のめどは当初2030年とも言われていたが、現在では2050年ごろになっている。

実用化の課題はコスト
ネックとなるのがコストだ。篠原教授は「事業化できる電力単価を考えると、100万キロワットの発電容量が必要だが、太陽光パネルの大きさは長さが2キロメートルほどになる」と試算する。衛星は1万トン以上と、一般的な宇宙ステーションの100倍だ。衛星はロケットで静止軌道まで運ぶ必要があるが、これだけ巨大な設備になると複数回送って組み立てる必要がある。

特に日本では国産のH2Aロケットでも1発100億円とも言われ、運搬コストがかかる。100万キロワット級の建設にかかる総コストは1兆円超との見積もりもある。だが松本氏は「ロケットの打ち上げ費用が下がり、2050年のカーボンゼロの目標もあり、開発のスピードは進むだろう」と話す。実際、日本ではH3ロケット以降は低コスト化が焦点で、特に米ではロケット開発は米航空宇宙局(NASA)から民間委託が急激に進み、米スペースXをはじめとする新興勢がロケットの価格破壊をしている。

また、安全面での懸念もある。強力なマイクロ波は地上のアンテナで受信する必要があるが、設備の周辺は人から離す必要もあり、海上に設置する案などが検討されている。マイクロ波がそれた場合には火事になるとの推論もあるが、篠原教授は「アンテナからそれると分散してしまい、殺人ビームのようなことにはならない」と強調する。

核融合発電と並んで注目の的に
遅々として進まなかった開発だが、カーボンゼロと原子力発電の停止というジレンマの中で、宇宙太陽光発電は核融合発電と並び、急速に世界で注目を集める。宇宙開発を加速する中国では重慶大学などを中心に、国を挙げて一気に人工衛星による実験フェーズにもっていくという計画が出ているという。先行する日本の宇宙太陽光発電の教材などを中国に翻訳する動きもあるという。

篠原教授は「日本が開発を進める間に中国がどんどん追いついてくる可能性もある」と指摘する。巨額の研究開発費で下支えする米中、さらに民間のマネーも入り宇宙開発が進む中、日本が先行してきたはずの夢の技術の実現にはさらなる資金調達の仕組みや開発スピードの加速が必要になる。

(企業報道部 渡辺直樹)

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宇宙太陽光発電システム(SSPS)について
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リチウムイオン電池の原理・特徴

※ リチウムは、「原子番号3」…。k殻に2個、l殻に1個の電子が入っているはず…。

※ よく出てくる「原子モデル」だ…。

※ しかし、この「原子核の周りを、電子がぐるぐる回っている…。」という想定は、もはや正確なものでは無いらしい…。

※ 実際には、「電子は、雲状に、原子核周辺にもやもやと掛かっている…。」という状態らしい…。

※ いずれにしろ、原子核(陽子)と電子は、電気的にはバランスがとれている…。それで、電気的には「プラス・マイナス0」の状態となっている…。

※ しかし、何かの拍子に、その電気的なバランスが崩れることがある(詳しくは、知らん…)。

※ 原子(原子核)に電子が、くっつくと陰イオン(マイナスの電荷を帯びる)となる…。

※ 原子(原子核)から、電子が「取れる(はずれる)」と、マイナスの勢力が弱まり、陽イオンとなる…。

※ まあ、素人的には、「原子に電子がくっついたもの→陰イオン」「原子から電子が取れたもの→陽イオン」という理解で、十分だろう…。

※ そういう話しを、「視覚的に確認できる実験」が、これだ…。

※ 陰イオンは、陽極(+極)に引かれて移動する…。陽イオンは、陰極(-極)に引かれて移動する…。

※ それを、リトマス紙(または、pH試験紙)の色の変化で、視覚的に確認できる…、というわけだな…。

※ そういう「イオン(電気を帯びた原子)の移動」を利用して、畜・放電させているものが、「イオン電池」だ…。

※ 「リチウムイオン」の移動を利用すれば、「リチウムイオン電池」ということなんだろう…。

※ 「セパレータ」というものは、そういう「+極、-極周辺」を分けて、混ざらないようにしているものなんだろう…。

リチウムイオン電池の原理・特徴
https://www.mc.showadenko.com/japanese/products/sds/lbattery/006.html

リチウムイオン電池の仕組み【基本をわかりやすく】
https://techs-blog.com/lib/basic/

リチウム
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AA%E3%83%81%E3%82%A6%E3%83%A0

電子殻
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E6%AE%BB

原子核
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8

イオン
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%B3

投資額は1000億円! 三洋化成とAPBが全樹脂電池の新工場設立へ

https://newswitch.jp/p/25186

 ※ 今日は、こんなところで…。

『三洋化成工業と全樹脂電池の開発・製造を担うAPB(東京都千代田区)は21日、2025年をめどに約1000億円を投じ、年産能力数十ギガワット時(ギガは10億)級の同電池の次世代工場を福井県内に新設すると発表した。場所は21年秋に量産を始めるAPB福井センター武生工場(福井県越前市)の近隣で検討中。高容量、高安全性で低コスト生産が可能な同電池の特徴を生かせる用途で複数の引き合いがあり、事業拡大を加速する。

武生工場で21年末までに、高効率に同電池モジュールを生産できる技術を開発。技術課題を解決し、同電池事業拡大の基幹となる新工場の選定に入る。このほど、量産設備で協力する新東工業などから新たに11億円を調達、技術開発のための調達資金は合計約100億円となった。

将来は電力会社との協業などで大型定置用蓄電池を国内外の再生可能エネルギー向けに普及させたい考え。APBの堀江英明最高経営責任者(CEO)は「(同電池の様に)全く燃えない電池は世界中にない。30年には世界の定置用電池市場の3分の1のシェアをとりたい」とした。

日刊工業新聞2020年12月22日』

トヨタなどがネオジム使用量5割減の磁石部材開発、中国依存リスク減らす

https://newswitch.jp/p/25114

『トヨタ自動車と大同特殊鋼、高効率モーター用磁性材料技術研究組合(MagHEM)は、ネオジムの使用量を従来比2割から5割減らせるネオジム磁石部材を開発した。車載用モーターに部材として供給できるようになり、次世代モーターの設計で使える。ネオジム磁石は最強の磁石で、自動車やロボットなどの大出力モーターに使われる。自動車の電動化が進むと、膨大な量のネオジムが必要なため、新磁石部材の希土類(レアアース)の使用量削減が求められていた。

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の事業で開発した。同事業でトヨタはネオジムを減らしても性能を維持した省ネオジム磁石と、ネオジムの量は一定で性能を2倍に引きあげる超ネオジム磁石の2種類の磁石の開発に取り組んだ。18年に素材としての性能を確かめ、今般モーター用の部材に仕上げてサンプル供給を始めた。

材料を溶かしてから急冷し、温度変化で結晶組織を微細化する。この材料を粉末化して焼結、熱間成形して長さ5センチメートル程度の部材にした。この熱間成形の圧力で結晶が滑りながらつぶされ、幅250ナノメートル(ナノは10億分の1)程度の扁平(へんぺい)な形になる。さらにネオジムを含浸させ、結晶粒の外周はネオジムが濃く、結晶粒の内部はネオジムが薄い微細構造を作った。この構造が保磁力を高め、外部から強い力がかかっても負けない磁石になる。

省ネオジム磁石と超ネオジム磁石の間の探査空間を面的にデータを集めたため、ネオジム含有量や使用温度に合わせた組成を選べる。従来の磁石部材から2割から5割のネオジムの使用量を減らせる。エアコンや車載用、産業用ロボなど、用途ごとに費用対効果のある磁石を提案できる。

ネオジムは中国など供給国が偏っており、輸出規制などによる供給リスクがある。ネオジムの使用量を減らすことで、こうしたリスク軽減にもつながる。』

新型液体燃料「e-fuel(イーフューエル)」開発に 日本

http://blog.livedoor.jp/nappi11/archives/5228007.html

※ 久々で、nappi10さんの「北の国から猫と二人で想う事 livedoor版」から紹介する…。

トヨタ・日産・ホンダが本腰、炭素中立エンジンに新燃料e-fuel
清水 直茂 日経クロステック(2020.07.03)
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/04262/

フィッシャー・トロプシュ法
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A3%E3%83%83%E3%82%B7%E3%83%A3%E3%83%BC%E3%83%BB%E3%83%88%E3%83%AD%E3%83%97%E3%82%B7%E3%83%A5%E6%B3%95

ベルギウス法
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%82%A6%E3%82%B9%E6%B3%95

 ※ 「合成ガソリン」という表現が、一番しっくりくるな…。

 ※ 欧州では、あくまで「内燃機関」にこだわる必要があるようだ…。「内燃機関」が前提の「自動車産業」が、「一大産業」だからな…。まあ、日本でも、同じことだが…。

 ※ しかし、日本では、「電気自動車」にも、「燃料電池車」にも、対応可能なように、おさおさ怠りなく、備えている…。

 ※ 欧州は、そうは行かないんだろう…。「電池」と「モーター」は、アジア勢が優勢だからな…。ましてや、「ハイブリッド(内燃機関+モーター)」となると、日本勢の独壇場だ…。

 ※ そういう中での「選択」、なんだろう…。

 ※ いずれにせよ、カギを握るのは、「生産コスト」だろう…。現状、「リッター当たり、500円」という話しだからな…。40リッター入れたら、「2万円」だ…。そういうことでは、到底、普及するはずは無い…。

 ※ 世の中、何でも、「簡単、お手軽、安上がり」じゃないと、普及はしない…。

 ※ ところで、これ(以下の記事)、ホントの話しなのか…。

ドイツの人造石油 – 次世代政府と政策を考える@2chまとめWiki – アットウィキ
https://w.atwiki.jp/nextgov/pages/93.html

『730 名前:筆者 ◆mn./N732Wo [] 投稿日:2008/05/30(金) 23:49:01 ID:6NxzC2t7
第2次世界大戦中、ドイツも石油資源がないにもかかわらず、あれだけ戦えたのは【人造石油】によるところが大きかったのでした。
ドイツではヒトラーが政権を取るまでは石油の依存度は5%程度に過ぎませんでしたが、ヒトラーが政権を取ると一変します。
それがフォルクスワーゲンとアウトバーンに代表されるモータリゼーション社会であり、更に再軍備による“ガソリン”を使った近代兵器でした。
しかし国内で石油の産出がないため、ヒトラーは【人造石油】の生産を進めます。
1923年にカイザー・ヴィルヘルム石炭研究所で開発された人造石油技術は、石炭を原料としていました。
もともとドイツは石炭は豊富に産出するため、国家プロジェクトとして巨額の資金を投入しました。
人造石油製造には
ベルギウス法(石炭直接液化法)
フィッシャー法(ガス合成法)
といった方法があり、当時世界有数の化学工業企業IGファルベン社を中心に国内12ヶ所に工場を作り大量生産を開始します。
その甲斐あって、1940年には日産72,000バレル(年産に換算すると約350万㌧)もの人造石油を製造できるレベルとなりました。
この年産350万㌧という数字、前回書いた戦前の日本の石油消費量に匹敵します。
つまり、日本にドイツ並みの化学工業力があり、国家プロジェクトとして取り組めばアメリカと戦争する事はなかったかもしれません。
結局日本ではフィッシャー法によって僅かに生産されたようですが、ベルギウス法での生産には失敗しています。
ドイツの人造石油は質も優秀で、オクタン価96(ハイオク相当)の物などは航空機に使用されました。
しかし人造石油のコストは天然石油の4~5倍もするため、ただでさえ逼迫する戦時経済を更に圧迫し、これもナチス・ドイツの敗北の一因となったのは、日本同様皮肉な話ではあります。
ちなみに、ナチス・ドイツでは最近話題のバイオ・エタノールも製造、使用しています。
V2号ロケットはジャガイモから作られたエタノールを燃料としており、現在の資源問題の解決策の一端をナチス・ドイツが示しているの歴史の皮肉と云えるでしょうね。

http://bn.merumo.ne.jp/backno/bodyView.do?issueId=2008052220070400179293000

731 名前:筆者 ◆mn./N732Wo [] 投稿日:2008/05/30(金) 23:50:39 ID:6NxzC2t7
wikiからの引用。

(gas to liquids;ジーティーエル)とは、天然ガスを一酸化炭素と水素に分解後、分子構造を組み替えて液体燃料などを作る技術である。

この技術により製造された製品はGTL燃料と呼ばれており、かつては人造石油などと呼ばれていた。

(平成13年)から昭和シェル石油はGTL技術を用いた灯油を試験的に発売している[4]。

2005年(平成17年)に開催された愛知万博では、ハイブリッド・シャトルバスの燃料として、日本で初めて、ディーゼルエンジンにGTL燃料が用いられた。このシャトルバスは、万博八草駅(現・八草駅)と万博会場間などを走行した。

2007年(平成19年)12月から、国土交通省の委託事業で独立行政法人交通安全環境研究所が中心となり、GTL技術を用いた合成燃料による公道走行試験が実施されている[5]。』

「燃料電池車」(FCV)というものの話し…。

※ まず、「燃料電池」というものがある…。

※ 中学の時にやった、「水の電気分解」というものがあっただろ?

※ 水に水酸化ナトリウム水溶液を加えて、電極をつなげて、電流を流す…。そうすると、陰極には、ブクブクと水素が発生し、陽極には、同様に、酸素が発生する…、というアレだ…。

※ 化学反応式的には、2H2O → 2H2 + O2 という反応だ…。

※ しかし、この反応は、「可逆反応」なんだよ…。

※ つまり、2H2 + O2 → 2H2O という反応も、生じる…。

※ なんのことはない…。水素が燃えて、水が生じました…、というものなんだが、条件を整えて、「ゆっくりと」反応させると、電気を取り出すことができる…。

※ そういう「しかけ」を施したものが、「水素スタック」というものだ…。

※ 別に、車載専用のものでもない…。工場のバックアップ電源用とか、住宅用のものも開発されている…。「エコ・キュート」とか、聞いたことがあるだろ?

水の電気分解の仕組み 実験における反応式 陽極・陰極での反応式
https://kenkou888.com/category31/h2o_denkibunnkai.html

※ そういう「水素スタック」というものを、車に積んで、電気を取り出して、電池に蓄電し、その蓄電した電気エネルギーで、「モーター」を回して走らせよう…、というのが、「燃料電池車(FCV)」だ…。

※ だから、「燃料」とついているが、別に「水素を、空気中で「燃やして」」走るわけじゃ無い…。「水素燃料」から電気を作り出して、モーター回して走っている、「電気自動車(EV)」の一形態なわけだ…。通常の「電気自動車」との違いは、「電気の作り方」の違いだけなわけだ…。

※ 上記は、「家庭用の燃料電池」の説明だ…。ここでは、「LPガス」から「水素を作り」、それを空気中の「酸素」と反応させるものになっている…。

※ 「家庭用燃料電池」の場合、作り出した電気を「家電」なんかで使用するには、「交流電流」に変換してやらないといけないんで、「インバーター」というもので、変換する必要がある…。

※ この画像だと、「各ユニット」の配置が、よく分かるな…。前から、「モーター+変速機」、「電池」、「水素ボンベ」、「水素スタック」という配置のようだな…。水素スタックに、小さなボンベが付いているのは、「補助ボンベ」でもあるものなのか…。