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元 素 原 理 からとらえる 二 次 電 池 の 特 徴 とこれから 横 浜 国 立 大 学 工 学 研 究 院 荒 木 拓 人 講 演 会

荒 木 拓 人 (アラキ タクト) 自 己 紹 介 2003 年 3 月 博 士 ( 工 学 ) 取 得 於 京 都 大 学 機 械 工 学 専 攻 マイクロスケールにおける 熱 流 動 特 性 マイクロ 加 工 yaxis(um) 260 255 250 245 25 24 23 22 21 20 19 2003 年 7 月 ポスドク カリフォルニア 大 学 LA 校 マイクロ ナノ 加 工 による 撥 水 性 制 御 マイクロ 加 工 手 法 0 10 xaxis(um) 2004 年 1 月 豊 橋 技 術 科 学 大 学 電 子 電 気 工 学 系 助 手 機 械 - 電 気 - 化 学 の 学 際 領 域 の 研 究 に 着 手 2007 年 4 月 横 浜 国 立 大 学 現 職 SOFCシステムの 性 能 サイクル 解 析 固 体 高 分 子 形 燃 料 電 池 内 の 熱 物 質 輸 送 と 発 電 特 性 二 次 電 池 の 発 熱 制 御 特 性,モデリング

目 次 二 次 電 池 への 期 待 二 次 電 池 導 入 の 社 会 的 背 景, 助 成 再 生 可 能 エネルギー 固 定 買 い 取 り 制 度 電 力 系 統 の 安 定 と 蓄 電 池 二 次 電 池 への 国 の 支 援 策 省 エネ 法 の 改 正 各 種 二 次 電 池 の 原 理, 特 徴 電 池 の 構 成 要 素 鉛 蓄 電 池 ニッケル 水 素 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池 講 演 資 料 最 新 版 : www.trans.me.ynu.ac.jp

二 次 ( 充 ) 電 池 への 期 待 ここ15 年 ほどで, 二 次 電 池 は 材 料 開 発 の 高 度 化 と 制 御 エレクトロニクスの 発 展 によって 性 能 使 い 勝 手 が 急 速 に 向 上 一 次 電 池 の 置 き 換 え 使 い 捨 て 資 源 エネルギーの 節 約 Reuse 適 用 範 囲 の 拡 大 負 荷 平 準, 蓄 電, 停 電 対 策 自 然 エネルギー 導 入 対 策 契 約 電 力 の 削 減,ピークカット 不 安 定 な 電 力 供 給 用 途 の 広 がり 電 気 自 動 車, 自 転 車, IT 機 器 ( 携 帯 電 話,ノートPC) エレベータ,クレーン

再 生 可 能 エネルギーの 固 定 価 格 買 取 制 度 制 度 の 仕 組 み ~スマートグリッドへ 向 けて~ 平 成 24 年 度 横 浜 市 地 球 温 暖 化 対 策 事 業 者 協 議 会 総 出 会 典 経 済 産 業 省 資 料 再 生 可 能 エネルギーの 固 定 価 格 買 い 取 り 制 度 について (2011 年 11 月 )

平 ( 注 成 24 )この 年 度 横 他 浜 に バイオマス 市 地 球 温 暖 化 対 策 事 発 業 電 者 協 が 議 会 総 燃 会 料 の 種 類 毎 に 定 められている ( 買 取 期 間 20 年 全 量 買 取 )

電 力 系 統 の 安 定 性 と 二 次 電 池 の 必 要 性 既 に, 時 間 帯 地 域 によっては 太 陽 光 発 電 量 が 余 剰 2~3 年 後 には 系 統 国 全 体 で 余 剰 時 間 帯 が 生 じるとの 予 想 も 過 去 は 北 電 では 風 力 を 時 間 帯 によって 買 い 取 り 拒 否, 東 北 電 力 は 風 力 に 二 次 電 池 併 設 を 義 務 化 していた.

目 次 二 次 電 池 への 期 待 二 次 電 池 導 入 の 社 会 的 背 景, 助 成 再 生 可 能 エネルギー 固 定 買 い 取 り 制 度 電 力 系 統 の 安 定 と 蓄 電 池 二 次 電 池 への 国 の 支 援 策 省 エネ 法 の 改 正 各 種 二 次 電 池 の 原 理, 特 徴 電 池 の 構 成 要 素 鉛 蓄 電 池 ニッケル 水 素 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池

国 家 戦 略 としての 位 置 づけ ~ 課 題 解 決 型 産 業 /グリーン イノベーション ~ プロジェクトチーム:1 月 6 日 設 置 7 月 中 に 策 定 出 典 : 新 産 業 新 市 場 の 創 出 に 向 けて 平 成 24 年 3 月 2 日 ( 枝 野 経 済 産 業 大 臣 )

参 考 省 エネに 関 連 する 国 の 支 援 策 一 覧 表 ( 平 成 24 年 4 月 19 日 現 在 ) 事 業 名 募 集 期 間 補 助 率 等 実 施 機 関 エネルギー 管 理 システム (BEMS HEMS) 導 入 促 進 事 業 費 補 助 金 定 置 用 リチウムイオン 蓄 電 池 導 入 支 援 事 業 費 (BEMS):4 月 中 旬 ~ (HEMS): 平 成 24 年 4 月 19 日 ~ 平 成 24 年 3 月 30 日 ~ 平 成 26 年 1 月 末 (BEMS 導 入 支 援 ) 1/2 以 下 1/3 以 下 (HEMS 導 入 支 援 ) 定 額 10 万 円 1/3 以 下 上 限 額 :( 個 人 )100 万 円 ( 法 人 )1 億 円 一 般 社 団 法 人 環 境 共 創 イニシアチブ (SII) エネルギー 使 用 合 理 化 事 業 者 支 援 補 助 金 平 成 24 年 4 月 下 旬 ~1カ 月 程 度 1/3 以 内 エネルギー 使 用 合 理 化 事 業 者 支 援 補 助 金 ( 天 然 ガス 分 ) 平 成 24 年 4 月 20 日 ~ 平 成 24 年 6 月 6 日 1/3 以 内 高 効 率 ガス 空 調 設 備 導 入 促 進 事 業 費 補 助 金 平 成 24 年 4 月 2 日 ~ 1/8 以 内 一 般 社 団 法 人 都 市 ガス 振 興 センター ガスコージェネレーション 推 進 事 業 費 補 助 金 平 成 24 年 4 月 20 日 ~ 平 成 24 年 6 月 15 日 民 間 団 体 :1/3 以 内 自 治 体 等 :1/2 以 内 民 生 用 燃 料 電 池 導 入 支 援 補 助 金 詳 しくは 実 施 機 関 HP 等 より 確 認 してください ( 従 来 型 給 湯 器 との 価 格 差 ) 1/2 + 工 事 費 1/2 上 限 70 万 円 一 般 社 団 法 人 燃 料 電 池 普 及 促 進 協 会 国 内 排 出 削 減 量 認 証 制 度 活 性 化 事 業 ( 低 炭 素 型 設 備 導 入 後 CO2 排 出 削 減 量 について 認 証 された 国 内 ク レシ ットtあたりに 助 成 金 交 付 ) 省 エネ 対 策 導 入 促 進 事 業 費 補 助 金 ~ 平 成 24 年 12 月 28 日 CO2 排 出 削 減 量 について 認 証 された 国 内 クレジット1トンあたり1,500 円 の 助 成 金 排 出 削 減 見 込 量 が 年 間 50t-CO2 以 上 となることが 申 請 の 要 件 一 般 社 団 法 人 低 炭 素 投 資 促 進 機 構 随 時 受 付 専 門 家 を 無 料 で 派 遣 一 般 財 団 法 人 省 エネルギーセンター 出 典 : 関 東 経 済 産 業 局 HP http://www.kanto.meti.go.jp/seisaku/enetai/2syoene_hojyo.html

助 成 対 象 二 次 電 池 システムの 例 Panasonic 4.65kWh(2kW) 約 122+67=189 万 円 京 セラ 14.4kWh(2.5kW) 約 445 万 円 Sony 2.4kWh(1kW) 約 200 万 円 停 電 時 瞬 停 無 し 金 額 は 参 考 値, 事 業 用 については 別 途 見 積 が 必 要 参 考 : 日 産 Leaf 24kWh(80kW) 376 万 円 (-78 万 円 ) +leaf to home 48-15=33 万 円

省 エネ 法 改 正 出 典 経 済 産 業 省 : 今 後 の 省 エネルギー 政 策 の 展 開 について( 討 議 用 メモ) 平 成 24 年 1 月

参 考 省 エネ 法 改 正 のポイント ピーク 対 策 の 新 たな 評 価 具 体 的 な 制 度 設 計 案 ( 抄 ) 出 典 経 済 産 業 省 : 今 後 の 省 エネルギー 政 策 の 展 開 について( 討 議 用 メモ) 平 成 24 年 1 月

目 次 二 次 電 池 への 期 待 二 次 電 池 導 入 の 社 会 的 背 景, 助 成 再 生 可 能 エネルギー 固 定 買 い 取 り 制 度 電 力 系 統 の 安 定 と 蓄 電 池 二 次 電 池 への 国 の 支 援 策 省 エネ 法 の 改 正 各 種 二 次 電 池 の 原 理, 特 徴 電 池 の 構 成 要 素 鉛 蓄 電 池 ニッケル 水 素 電 池 リチウムイオン 二 次 電 池

これからのお 話 の 内 容 現 状 の 二 次 電 池 は,まだどれも 完 璧 で 無 く 用 途 によって 使 い 分 け, 特 性 を 知 って 使 いこなす 必 要 がある. 現 在 の 二 次 電 池 技 術 は 日 進 月 歩, 最 新 の 知 識 もすぐに 陳 腐 化 しかねない また, 電 気 化 学 の 用 語 は 他 分 野 の 技 術 者 には 難 解. 酸 化 還 元, 卑 貴,アノード カソード 現 在 使 われている 二 次 電 池 の 特 徴 について ( 電 気 ) 化 学 以 外 の 分 野 の 技 術 者 の 方 に, 個 別 的 では 無 く, 統 一 的 なイメージをつかんでいただく 事 を 目 標 にする. つまり,あまり 細 かい 部 分 に 立 ち 入 らない. 切 り 口 はいろいろあると 思 うが, 今 回 は 元 素 周 期 表

主 に 活 躍 する 元 素 たち 電 子 を 手 放 したい! 電 子 が 欲 しい! 安 定! 重 い 図 の 引 用 http://ja.wikipedia.org/wiki/%e5%91%a8%e6%9c%9f%e8%a1%a8 http://ja.wikipedia.org/wiki/wp:cc-by-sa

化 学 電 池 の 構 成 要 素 マンガン 電 池 の 例 電 流 主 な 構 成 要 素 は3つ+α e - 正 極 e - 負 極 正 極 負 極 電 解 質 電 解 質 から 電 子 を 受 け 取 る 電 解 質 へ 電 子 を 送 る イオンは 通 すが 電 子 を 通 さない +α:セパレータ, 減 極 剤 MnO 2 MnOOH H + Zn 2+ Zn 正 極 負 極 イオン 化 傾 向 ( 標 準 電 極 電 位 )が 差 があるもの であれば 何 でも 良 し.ほぼ 無 限 の 組 み 合 わせ. 充 電 時 には 正 負 極 とは 呼 びにくいが, 放 電 時 を 基 準 に 呼 ぶ. 電 解 質 H 2 O, 2Cl - など, Zn 2+ 電 解 質 イオンを 通 して 電 子 を 通 さないものであれば 良 し. 典 型 的 には 水.

二 次 電 池 一 次 電 池 と 同 様 に 可 逆 反 応 で 蓄 電 池 ( 二 次 電 池 )を 構 成 できる 組 み 合 わせは 多 い. ただし, 安 全 性, 耐 久 性 などの 点 で 実 用 的 な 蓄 電 池 の 組 み 合 わせは 多 くない. 当 然,ガスが 発 生 する 電 池 は 難 しい. Ni + Niなども 電 極 の 構 造 が 変 化 するため 使 いにくい. 現 状 では3 種 にほぼ 集 約. 鉛 蓄 電 池, ニッケル 水 素, リチウムイオン NaS 電 池 今 日 は 上 記 3 種 に 蓄 電 用 として 注 目 を 浴 びるNaS 電 池 を 紹 介

鉛 蓄 電 池 放 電 時 メリット 2e - 正 極 電 流 負 極 2e - 歴 史 がありコストが 安 い リサイクルルートが 確 立 水 系 にしては 電 圧 が 高 め 常 に 満 充 電 にしておく 用 途 に 適 する Ca, Sb 添 加, 密 閉 などによって 寿 命 も 改 善 PbO 2 PbSO 4 SO 2- SO 2-4 4 4H + 電 解 質 2H + + SO 4 2- Pb PbSO 4 デメリット 電 極 がPbのため 重 い 体 積 密 度 も 高 くない 放 電 していくと 負 極 のPbSO 4 が 硬 い 結 晶 に なるサルフェーションが 起 きやすい. 深 い 放 電 は 苦 手. (ディープサイクルタイプもあるが 素 性 は 同 じ 100% 充 放 電 では300 回, 50%でも600 回 程 度 )

主 に 活 躍 する 元 素 たち 電 子 を 手 放 したい! 電 子 が 欲 しい! 安 定! 重 い

ニッケル 水 素 (Ni-MH) 電 池 電 流 e - 正 極 NiOOH 放 電 時 e - 負 極 MH メリット NiCd 電 池 よりも3 倍 程 度 高 容 量, 有 害 物 質 を 含 まないことから NiCd 電 池 をほぼ 置 き 換 えている. 安 全 性 が 高 く( 不 燃 ),HV 車 ではいまだ 主 流. 乾 電 池 とほぼ 電 圧 互 換 であり, 置 換 可 能. 自 己 放 電 が 欠 点 であったがほぼ 克 服. 充 放 電 サイクルが1000 回 を 超 えるものも H OH - 2 O H 2 O Ni(OH OH - 2 ) 電 解 質 K + + OH - M: 水 素 吸 蔵 合 金 ( 希 土 類 La+ 遷 移 金 属 Ni5)が 典 型 M デメリット 体 積, 重 量 容 量 がLi 系 にかなわない. 大 電 流 電 力 はやや 苦 手. 継 ぎ 足 し 充 電 すると 電 圧 が 低 下 する メモリー 効 果 がある. 深 い 充 放 電 が 良 い. 鉛 と 逆. やや 過 充 電, 過 放 電 に 弱 い

Ni-MH 電 池 で 活 躍 する 元 素 たち 電 子 を 手 放 したい! 電 子 が 欲 しい! 安 定! 重 い

リチウムイオン 二 次 電 池 ( 活 物 質 ) 電 流 放 電 時 リチウムイオン 電 池 はそれまでの2 次 電 池 と 多 くの 点 で 異 なる 画 期 的 な 電 池. 1990 年 代 に 日 本 で 実 用 化 e - 正 極 Li CoO 2 e - 負 極 Li6C Li 活 物 質 Liは 反 応 性 が 極 めて 高 い 単 体 で 最 大 の 電 極 電 位 高 い 電 圧, 多 い 容 量 CoO 2 Li + 6C 原 子 番 号 が 小 さい 密 度 が 低 い, 高 い 重 量 容 量 http://ja.wikipedia.org/wiki/wp:cc-by-sa 有 機 電 解 質 厳 密 には 常 にイオンの 状 態 に 近 い 高 いサイクル 性 能 CoO 2 のところにNiO 2 MnO 2 なども

Li-ion 電 池 で 活 躍 する 元 素 たち 電 子 を 手 放 したい! 電 子 が 欲 しい! 安 定! 重 い

リチウムイオン 二 次 電 池 ( 電 解 質 ) 放 電 時 有 機 電 解 質 e - 電 流 e - 水 は1.5Vくらいから 電 気 分 解 されてしまうので, それ 以 上 高 い 電 圧 では 使 えない. 普 通 の 電 池 は1.5V 以 下. 正 極 負 極 リチウム 塩 (LiPF 6 )と 溶 媒 (エチレンカーボネート) などからなる. Li CoO 2 Li + CoO 2 有 機 電 解 質 Li6C 6C 本 来 はリチウムの 移 動 抵 抗 は 大 きいが, 薄 型 化 などでかなり 克 服. 電 解 質 を 液 体 からポリマーを 用 いてゲル 化 した リチウムポリマー 電 池 の 使 用 も 増 えてきた. 炎 上 しにくいため 外 装 をレトルト 的 な 簡 易 にでき コスト 減, 軽 量, 高 い 形 状 の 自 由 度 が 期 待 できる. Appleはほぼこれ. 逆 に 規 格 化 が 難 しい. CoO 2 のところにNiO 2 MnO 2 なども

リチウムイオン 二 次 電 池 メリット 現 状 で 最 も 高 容 量 ( 質 量 的 にも 体 積 的 にも) 単 セル 電 圧 が 高 く, 電 気 的 な 取 り 扱 いが 楽. リチウムは 基 本 的 にイオンに 近 い 状 態 で 金 属 リチウムよりは 安 全. メモリー 効 果 が 無 く, 継 ぎ 足 し 充 電 可 能. 自 己 放 電 が 少 なく 充 放 電 効 率 が 高 い. Coを 除 けば 高 価 な 材 料 は 使 わない. 将 来 的 には 低 コスト 化 が 可 能? デメリット 電 解 質 が 有 機 物 で 可 燃. 運 転 域 と 危 険 域 が 近 く, 特 に 組 電 池 では 精 密 な 充 放 電 が 必 要. 高 コスト. 満 充 電 近 くで 劣 化 が 進 みやすく, 停 電 対 策 など 満 充 電 での 待 機 が 苦 手. 現 状 では 高 コスト

NaS 電 池 放 電 時 e - 電 流 e - 溶 融 させた 状 態 を 使 う 300 電 解 質 はセラミック 正 極 負 極 Na 2 S x Na Na + S 固 体 電 解 質 :セラミック 日 本 ガイシ 株 式 会 社 Web サイトより 引 用 http://www.ngk.co.jp/product/nas/index.html

NaS 電 池 で 活 躍 する 元 素 電 子 を 手 放 したい! 電 子 が 欲 しい! 安 定! 重 い

NaS 電 池 放 電 時 電 流 e - e - 正 極 負 極 Na 2 S x Na Na + S 固 体 電 解 質 :セラミック メリット Liに 似 てNaは 高 活 性, 高 電 圧 2.1V 構 成 部 材, 反 応 がシンプル( 相 変 化, 希 釈 無 し) で 副 反 応 が 少 なく 耐 久 性 に 優 れる. 15 年 4500サイクル 以 上. 大 型 化 が 容 易. 材 料 も 安 く, 基 本 コストは 低 い. 保 温 の 点 から 小 型 化 は 難 しい 自 己 放 電 もほとんどなし. 鉛 蓄 電 池 の3 倍 の 体 積 容 量 デメリット 室 温 ではNaは 固 体 のため300 程 度 に 保 温 が 必 要. Naは 高 活 性 のため, 安 全 対 策 が 必 要. 保 温 加 温 にエネルギーが 必 要 で システム 効 率 はやや 低 い.75% 程 度. 現 在,メーカーが1 社.

今 後 の 二 次 電 池, 電 力 貯 蔵 の 発 展 基 本 的 にはLi 系 が 高 容 量 化 を 牽 引 か. 金 属 Li 負 極,Li 空 気 電 池,LiS 電 池 安 全 対 策, 低 コスト 化 定 置 用 としては, 水 素 併 給 も 含 め 燃 料 電 池, 水 電 解 系 も 候 補 PEFC 高 圧 水 電 解,SOEC 水 蒸 気 電 解 レドックスフロー 電 池 電 気 二 重 層 キャパシタ 無 接 点 充 電 などを 組 み 合 わせた 使 い 勝 手 向 上, 用 途 の 広 がり.

NEDOロードマップの 一 部 (H22 年 5 月 ) 引 用 元 :http://www.nedo.go.jp/