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「1秒で充電できるクレジットカード大の携帯電話も可能」イリノイ大が高性能リチウムイオンマイクロ電池を開発 

引用元:http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1366682337/
スーパーキャパシタと「同等」以上の高出力、という部分が気になりますが、技術開発の限界が指摘されていたバッテリー業界で大きな躍進の一歩となるような発見なのではないでしょうか。イリノイ大が今回開発した高性能リチウムイオンマイクロ電池h、既存のマイクロ電池の2000倍の高出力。充電時間も1000倍まで拘束できるということ。携帯電話の小型化が進んでいくのではないでしょうか。まさに夢の技術のような気がします。

ただ、大容量・高出力となると、やはり爆発などの危険性が気になりますね。それと、低価格化を実現できなければ、一般にはあまり普及しない可能性も高いでしょう。普及しなければ、最先端技術も単なる無駄に終わってしまう可能性が高いですから。

エネルギー密度と、出力密度はトレードオフの関係にあったんですね。これを同時に高めることができたのは、科学の分野ではやはりすごいことだと言えるのではないでしょうか。

まぁ、このニュース記事、本当に良い部分を誇張しすぎている気はします。必ず何か欠点のようなものがあるはずなのに、それについて触れていない。まだまだ研究開発段階なのでしょうから、いつ実用化できるのか、そもそも実用化に適した技術なのか、という点まで紹介してほしかったものです。

クレジットカードくらいの大きさで、しかも1秒でフルチャージできるスマートフォン。これが実現したら、本当にわたしたちがかつて想像していた未来が訪れるような気がしますね。SF技術が進展してこなかったのは、バッテリーの分野が足を引っ張ってきたという点がありますから。今後どうなるのか楽しみに見守っていきたいと思います。

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1: 科学ニュース+板記者募集中!依頼35-7@pureφ ★ 2013/04/23(火) 10:58:57.63 ID:???
「1秒で充電できるクレジットカード大の携帯電話も可能」大容量・高出力の新型マイクロ電池、イリノイ大が開発

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究チームが、新構造の高性能リチウムイオンマイクロ電池を開発した。スーパー
キャパシタと同等以上の高出力を実現でき、無線通信分野への新規応用や電子デバイス小型化などが可能になると
している。2013年4月16日付けの Nature Communications に論文が掲載されている。

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図1 三次元のマイクロ電極間をリチウムイオンが移動するイメージ (Credit: Beckman Institute for Advanced
Science and Technology)

論文によると、今回開発されたリチウムイオンマイクロ電池の出力密度は最大7.4mW cm-2 μm-1 であり、最高性能の
スーパーキャパシタと同等以上の高出力となっている。既存のマイクロ電池と比較すると、2000倍程度の高出力であると
いえる。

このように電池を高出力化することで、無線信号の届く距離を30倍に延ばしたり、デバイスを1/30に小型化したりできると
考えられる。充電時間も1000倍高速化できるので、1秒足らずで充電できるクレジットカードサイズの携帯電話などが
実現する可能性がある。

リチウムイオン電池は高容量を実現できるが(高エネルギー密度)、一度に大量のエネルギーを出し入れできないため
(低出力密度)、充電に時間がかかるという弱点がある。研究チームは今回、マイクロ電池内部の微細な三次元構造を
最適化することにより、通常トレードオフの関係にあると考えられているエネルギー密度と出力密度を同時に高めることに
成功したという。

マイクロ電池のセル構造を図2に示す。電極は、多孔質金属(ニッケル)の足場上に正極材および負極材をそれぞれ
均一に被覆して同一基板上に形成する。正極材にはリチウム化した酸化マンガン(LMO)、負極材にはニッケルスズの
単層薄膜を用いている。このマイクロ構造によって、電極活物質と電解質中における電子およびイオンの移動距離が
短くなり、出力密度が上がる。同時に、活物質の体積を大きく保つことで、エネルギー密度を高めることができる。活物質の
厚さは17~90nm、多孔質金属足場の孔の口径は330nmまたは500nmとした。正極と負極は幅30μmサイズとし、
10μm間隔で交互にかみ合わせた形状とした。セル全体の体積は0.03mm3程度となっている。

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図2 マイクロリチウムイオン電池の構造と電極形成プロセス (James H. Pikul et al., Nature Communications (2013) doi:10.1038/ncomms2747)

SJNニュース 再生可能エネルギー最新情報 2013年4月20日
http://sustainablejapan.net/?p=4062

High-power lithium ion microbatteries from interdigitated three-dimensional bicontinuous nanoporous electrodes
James H. Pikul, Hui Gang Zhang, Jiung Cho, Paul V. Braun & William P. King
Nature Communications 4, Article number: 1732 doi:10.1038/ncomms2747
http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/full/ncomms2747.html

関連ニュース
【電池】リチウムイオン電池の詳細な充放電メカニズムを解明 高速充放電可能な蓄電池の実現へ/京都大学など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1366157376/
【エネルギー/受賞】ロシアの「グローバルエネルギー賞」に旭化成の吉野彰氏、リチウムイオン二次電池の開発に貢献
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1366296372/
【化学】グラフェンでリチウム原子はさむ化合物、東北大が作製成功 リチウムイオン電池の小型化や別の原子で超伝導へ
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1352207170/-100
【エネルギー】作動中のリチウムイオン電池の電極の断面を世界で初めて観察 蓄電池の劣化原因解明へ 京大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1351166943/-100

16: 忍法帖【Lv=29,xxxPT】(1+0:8) 2013/04/23(火) 11:41:38.84 ID:FXg8rfZ7
>>1
危険な香りがする・・しかし、できたらいいなー

21: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 12:07:06.87 ID:SjdqGfms
>>1
エネルギーの密度の高いものは、基本的に危険ってことだ

2: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:07:40.34 ID:8qd0zGMq
人間が沸騰してバーン

3: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:10:57.83 ID:ZkqmEmC9
それは利点のみの強調なんじゃないの

急発熱・爆発のリスク激増と経年劣化が著しくなるでしょう

4: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:10:58.87 ID:cmALmJl4
説明みてもさっぱりわからん

ただスゲーって事はわかった

5: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:15:06.66 ID:waz+ncw8
これは革命になるかも

6: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:18:12.54 ID:lzcjasAA
はよ実用化せーや

7: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:19:21.35 ID:FB2E8V4W
巨大な倉庫の写真かと思った

8: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:20:33.24 ID:NhTO/IQo
失敗したらオーストラリア大陸のおおきさが吹っ飛ぶ
とかだと、そう簡単に実験できないな

12: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:33:54.07 ID:waz+ncw8
>>8
次元波動爆縮放射器か

11: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:31:41.47 ID:KM1eK/ef
ほんとにリスクもなく、この理屈が再現可能だとすれば、今は一瞬すぎて手の出ない雷とか、チャージできるんじゃあ…?

>>8
超光速実験かナニカか…

13: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:38:12.46 ID:gyOxq+2Q
>>11
雷って高いのは電圧だけじゃね

52: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 02:21:28.28 ID:sWbt2CSo
>>13
化繊のぱちぱちと一緒くたにすんなw
岩とか木とか吹っ飛ぶんだぞw

9: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:26:13.20 ID:o2rxJ9Rj
大型化したら原発必要なくなるかな

10: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:30:05.85 ID:/FrdiMJC
リチウムイオン電池は爆発するから却下!!

14: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:38:15.44 ID:NhTO/IQo
ミニ太陽が実験施設内でつくれればいいのにね
お手本は毎日頭上にあるのに・・

15: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:40:27.70 ID:waz+ncw8
>>14
常温核融合が本物ならそれも実現するだろ
万に一つもありえないとは思うが

17: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:43:12.56 ID:6cWGX8+v
とうとうこの分野でブレイクスルーが来たのか

20: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 11:51:44.96 ID:BHhRYvk4
1000mAhの電池を1秒で充電すると家のブレーカー落ちるな

22: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 12:07:53.46 ID:hfX7yYGm
車の充電に使えないのか

24: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 12:18:34.69 ID:MVInZR8e
畜電器と思って読んだら、二次電池。技術革新早いねぇ。

25: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 12:21:40.78 ID:IbpNwj1Z
そんな大電流の流れる回路を携帯電話の内部に押し込めるのか?

27: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 13:06:59.98 ID:DvK4ddRD
出力密度は高くても、エネルギー密度が高くないと充電池としてはいまいちじゃないのか

28: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 13:07:56.85 ID:6P2FmclU
クレジットカード型の携帯電話か
熱膨張してお餅みたいにふくらみそう

59: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 20:00:07.29 ID:hS9LqtP3
>>28
切れ目を入れておくときれいにふくらむんだナ by 越後製菓

29: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 13:14:29.63 ID:bdaQOu50
EVにも使える技術なら、世の中がガラリと変わる程の技術だけど
記事ではその事に触れていないから
まだ色々課題や制約があるのかな

55: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 08:16:22.30 ID:bYyBmhzI
>>29
変わらない。
エネルギー密度は別に高くない。

68: 名無しのひみつ 2013/04/25(木) 00:53:36.30 ID:icmgYfQn
>>55
変わらないわけねーだろ

充電時間が大幅短縮されると 「給油感覚で数分以内に給電」 だって可能になる。

それに、セル内の正極材や負極材の充填率も上がるって話だから
セルトータルでの容量密度も当然上がる。

問題は、微細加工が難しくて高コスト低スループットだろうから
EV用途の大型セルの量産はまだまだ先の話だってこと。

31: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 13:33:47.50 ID:/BHbYFq4
凄い技術ドンドンきてるね
実用化した携帯はやくほしい

33: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 14:12:33.29 ID:FHWO83YE
電池二つ買えば3秒で充電できるよ
しかも場所を選ばない

34: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 14:17:19.61 ID:rz6avIkU
なるほどリチウムイオン電池の高容量を保ったまま、電極構造の改良で
スーパーキャパシタ並みの高出力化に成功したと
問題はこの電極を低価格量産できるか?って製造工程の話だな

36: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 15:32:32.53 ID:+PK1fwvT
>>34
集積回路並みの値段がしそうだな

41: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 16:02:38.85 ID:TOgPwCZ8
端子を触ったら大電流を一秒で食らうの?

42: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 16:06:26.45 ID:FezIq+cC
容量が増えるとは一言も書いてない。
最大出力電流が増えるだけ。

44: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 18:15:34.07 ID:5C72aCoo
釘をさしてショートすると燃えると言われるリチウムの電極を、こんなに近づけて大丈夫なのか?

47: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 19:37:40.06 ID:0xsF/V7o
で、電池以外はどうやって薄くするの?
携帯電話

48: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 20:04:50.82 ID:euq7kyRR
ポケットに入れていて
パキッと割れた瞬間に人体発火しそうw

50: 名無しのひみつ 2013/04/23(火) 22:15:54.45 ID:gt2WVXkZ
畜電池の充電時間を改良するより
キャパシタの保持時間を改良する方が楽なんじゃね

53: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 03:27:34.37 ID:H0MZB+z5
中国が作ったらどれくらいの爆発力になるかが問題だな

54: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 06:34:34.52 ID:oyfb3lum
新しい正極・負極材を発見した訳ではなくて
構造を工夫しただけなのに
容量密度が上がるなんて
電池の原理的に有り得ないだろ。

56: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 08:49:38.23 ID:cG1deKVj
>>54
容量密度が上がったとは書いてないと思う。
正確には、「リチウムイオン電池の容量密度を下げずにスーパーキャパシタ並みに高出力化」
ってところだろう。それをまとめて「大容量・高出力」というタイトルは軽い釣りかな。

58: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 16:24:05.19 ID:gpUst4Ro
新しいテロは圧力鍋からクレジットカードサイズの電池爆弾だな

60: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 20:37:36.08 ID:gU6+QMCY
というかスーパーキャパシタと同等なら意味ないような
単なるキャパシタ(コンデンサ)よりは何桁も容量が大きいけど
それでも携帯電話なら数十秒ぐらいしか動作させられない

62: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 21:29:37.80 ID:cG1deKVj
たしかに充電は1秒でいいけど1秒で放電されたら使えねーよな。
充電だけ急速にして放電はダラダラ緩慢にできるのもんなの?

63: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 21:34:45.84 ID:ZpuQAlTV
>>62
1秒で放電=爆発で消費されるエネルギー量に匹敵

64: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 21:46:05.30 ID:NHbQMvyI
>>62
あまり詳しくないけど、ようするに抵抗とかいうの使えば、ダラダラ使えると思うよ。
たぶん、電流制限回路が内蔵されると思う。市販分の電池はね。
これが実用化されれば、スーパーでお買い物して帰ると充電の終わったEVが待ってるという具合になるわけだな。
あとは、料金所を通るときに無料で充電してくれるとか。
必死になって石油メジャーが阻止するだろう。

66: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 22:09:38.78 ID:uq/CJA6z
今すぐ、ラオ博士に太陽エネルギーの取り出し方を
言わせるんだ!

れぷか

67: 名無しのひみつ 2013/04/24(水) 23:03:39.47 ID:hsma82rG
経年変化は?耐使用回数は?
最低5年で80%維持しろよな





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コメント

    • キジトラさん
    • 2013年 4月 27日

    1Ahの電池を1秒で充電するなら、3600アンペアの電流かよ
    どんだけ太い電線使うのかと

    • キジトラさん
    • 2013年 4月 28日

    ※1
    「マイクロ電池」の名前の通り、えらくちっこい電池だよ。
    充電容量はミリワットか、マイクロワット単位だと思う。
    主な用途は非接触型のICタグ等の電源等だと思う。
    本文の「無線信号の届く距離を30倍に延ばしたり」というのも、
    今はせいぜい10センチから1メートル未満しか電波が届かないICタグを、
    この電池を使って電源を強化して同じ室内程度には電波が届くようになる、
    とかそういうのだと思う。

    • キジトラさん
    • 2013年 4月 28日

    すまん、「1秒でフルチャージできるスマートフォン」これに反応したんだよ
    スマホなら1Ah程度は必要だと思ったから
    マイクロ電池の部分で言えば、確かにそうだね
    まぁ、マイクロ電池の話をスマホに強引に結びつけた記事に無理があるってことで。

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