長岡技術科学大学 工学部/工学研究科物質生物工学分野 教授 本間 剛 先生
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30分のミニ講義を聴講しよう！ガラス材料を究め、次世代蓄電池を創る
固体は原子分子が規則正しく配列した結晶が一般的ですが、ガラスは液体と同じくその並び方が不規則な構造をしており、物理的な振る舞いは全く異なります。講義ライブではガラスからリチウム電池ならぬ「ナトリウム」イオン電池を構築する研究を紹介します。
新電池をどう設計するか
ガラスのいいところ
ガラスは古くて新しい材料
ガラス材料を究め、次世代蓄電池を創る
先生からのメッセージ
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ガラスは固体と液体の両方の特性を備えた素材ガラスは固体だと思い込んでいませんか？ 確かに形状だけ見るとそうですが、ガラスは固体でありながら液体の特徴も持っています。ガラスが透明で、割れるのも液体的な性質の表れで、液体のように均一な物質であるために、一カ所に力が集中して加わると傷が入り、それが連鎖的に伝播して割れるのです。
固体の場合には、原子分子が規則的に並んでいますが、ガラスは液体に近い構造で原子分子の並び方が不規則でフレキシブルなのが特徴です。この特徴を利用すれば、加工が簡単でどんな原子でも取り込むことができます。ガラス＋ナトリウムの電池で何ができる？この特徴を生かして新しい電池を作ろうという研究があります。ガラスを使った電池の材料として注目されるのがナトリウムです。ナトリウムは塩化ナトリウムや炭酸ナトリウムなどでおなじみの身近で安価な材料です。一方、電池にはスマートフォンなどに使われるリチウム電池がありますが、リチウムは日本では採れないレアメタルです。市場価格で比較すると20倍以上の差があります。つまりナトリウム電池が普及すれば、電池の値段も安くなると予想されます。電池代が価格の半分を占めると言われる電気自動車がもっと安く買えるようになるでしょう。ナトリウムはリチウムより重いためコンパクトな電池は作りにくいですが、逆に大型の電池、据え置き型の電池には使いやすいわけです。例えば太陽光発電の電力を貯めておく蓄電池としての可能性が考えられます。電池の材料の考え方を根本的に変える今の電池はまったく違う材料でできています。例えば、パソコンの電池は、黒鉛とセラミックと電解液という3つの異なる材料で構成されています。これを、すべて1つの固体で作ればコンパクトになり電池の容量やエネルギー密度が高められます。ガラスとナトリウムの複合材料で電池を作るという、材料の発想を根本的に変えるこの研究により、新しい電池の実用化が期待されているのです。先生からのメッセージ
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