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2018年04月22日

『可能性と蓋然性』 ♬電気自動車に数秒間で充電が出来る新素材の話題

『可能性と蓋然性』 ♬電気自動車に数秒間で充電が出来る新素材の話題








 えてして、発明は『たまたま』とか『偶然に…』が多いけれども

そこへ至る迄には、他の人が諦めた事を諦めずに、続けていたからこそ

そんな汗と工夫の継続が隠れている気がします。

 

 随分と前ですが、テスラのイーロン・マスクCEOは、将来のEVは電池ではなくスーパーキャパシターから電力を得るようになると予測をしていました。


 全個体電池、リチウムイオン空気電池、角形リチウム電池、… ‥ ‥次々と発表される新発明のバッテリー。

優劣はそれぞれ

何か簡単ではない課題を抱えているからこそ、なかなか商品化は出来ない。

エンジン車も無数のリコールを続けながら、改善され続けて来た歴史でしょうから


それら新発明と言われるバッテリー群があっても、旧来からあるリチウムイオン電池もますます研究してる方がいて、さらに可能性を改良されていくらしい。


努力続けてる人、成し遂げてく人にとってそれは『可能性』ではなくて『蓋然性』なんだろうな〜と気が付かせてくれる話題なのかも


 宝クジ最高額を複数回当てた方に、過去お会いして経緯やその後の苦労のお話を伺った事がありますが
普通は、その当たる確率とかは確認せずに『買わなきゃ当たらない』でという“可能性”を追ってしまうものだろぅから


*****






 新しいバッテリー開発のアプローチは違っていても、目的地は同じ方向なので
いずれは、あらゆる現存するコモデティのように

『夢のような』話が、実現されていくのでしょうから〜






 マイテスラモデルSは満充電100%時のカタログ値の航続距離は557kmです。

過去所有してたツインターボのアウディよりも、テスラの動力性能はずっと高くて、長い足ですが

高速道路では余り恩恵のないハイブリッド車でも、静かに走らせれば東京から大阪までは一気に行けたレクサスHVより、何割か航続距離減になった事と

臆病者なので、なるべく充電残量は常時半分は保つようにしていますが

年に一度あるかどうか?のとても時間もなく緊急性がある時に、
行き先が遠方だと道中の充電時間にも余裕が取れないと

電気自動車では、あっという間には充電が行なえないので『不安になる時』も稀にありますが


 あちこちのコインパーキングにも増えて来てるカーシェアの利用とか、
レンタカーとかにしちゃえば◎な事に、今さら気が付きました(笑


と合わせて、テスラには今後増設して行くそうな都市型スーパーチャージャー『アーバン・スーパーチャージャー』の設置場所の提案をしたりします。

 充電過疎地は田舎じゃなくても意外な場所にあるので…





*******

https://wired.jp/2018/04/16/superdielectrics-supercapacitor/

***

偶然から生まれた新素材がEVの「充電問題」を解決し、その普及を加速するかもしれない

電気自動車(EV)のボトルネックとも言えるバッテリーの「充電問題」を解決できる可能性を秘めた新素材が誕生した。偶然から生まれたこのポリマー素材を使えば、わずかな時間で充電できるスーパーキャパシターのエネルギー密度を20倍近くにまで高められる可能性があるという。EVだけでなく電力システムにまで技術革新をもたらす可能性を秘めた、その新素材の潜在力に迫った。

1970年代、英サリー大学のドナルド・ハイゲート博士率いる研究チームは、コンタクトレンズをより快適にする方法を見つけ出した。スポンジのように水を保持できる透明なポリマーを開発したのだ。

そしていま同じ技術が、新しいタイプのスーパーキャパシター素材を生み出しつつある。これはEVの普及をさらに推し進め、再生可能エネルギーが抱える非常に難しい問題のひとつを解決してくれる可能性を秘めた素材だ。

スーパーキャパシターは、電池のように化学的にエネルギーを貯蔵するのではなく、風船の表面に静電気が溜まるようなかたちで、電場にエネルギーを蓄える。2011年にはテスラのイーロン・マスクが、将来のEVは電池ではなくスーパーキャパシターから電力を得るようになると予測していた。

スーパーキャパシターを利用すれば充電時間が短くなるうえ、リチウムやコバルトといった高価な原料に依存せずに済むようになると説明するのは、インペリアル・カレッジ・ロンドンに2017年につくられたダイソン・スクール・オブ・デザイン・エンジニアリング[日本語版記事]のサム・クーパー教授だ。しかも、耐久性も向上するという。「スーパーキャパシターはサイクル寿命が非常に長いのです。充電と消費を何度も繰り返すことができます」

問題はエネルギー密度の低さだ。最も密度が高いスーパーキャパシターであっても、貯蔵できるエネルギーは、1kgのリチウムイオン電池の5パーセントにすぎない。

このことをよく示しているのが、上海を走るスーパーキャパシター搭載の電気バスである。このバスは乗客を降ろしている30秒足らずの間に充電を完了できるものの、バス停2~3カ所ごとに充電を行う必要がある。

だが、この状況が変わる可能性がある。英企業スーパーダイレクトリックス(Superdielectrics)が開発したスーパーキャパシター素材は、「これまでをはるかに上回る膨大な量の電気を貯蔵できる」と、同社の最高経営責任者(CEO)であるジム・ヘルスコートは語る。この素材は安価に製造でき、希少な素材(希元素)を利用する必要がない。しかも、ほとんど水でできているため、これまでの電池のように燃える恐れがないという。

まるで「ミス」のような発見

だが、現在は同社で研究責任者を務めるハイゲート博士によれば、この素材が発見されたのはほとんど偶然だった。

かつてハイゲート博士が開発したコンタクトレンズは、水分子が入ると膨らむポリマーメッシュ構造になっており、多くの水がメッシュの穴に取り込まれるものだった。博士らは、水分にさまざまな成分を加えることで、このポリマーに新たな性質をもたらすことに成功した。1990年代、ハイゲート博士とヘルスコートは、水素燃料電池に使用できるさまざまな性質を持った変性ポリマーを開発した。

16年には、生物医学的用途に目を向けて、ポリマーマトリックスの導電性をさらに高めた。神経と義肢を繋げるのに役立つ可能性があるからだ。だが、切手ほどのサイズの薄くて青い四角形をしたこの新しいポリマーをテストしたことろ、奇妙なことが起こった。

ハイゲート博士は封筒の裏に大雑把な計算式を書いたことをいまも覚えている。「計算をしたわたしは『こんなばかげたことがあるのか』と思いました」と同氏は振り返る。「(静電容量が)1平方センチメートルという小さいサイズにおいて、本来考えられる値の100倍だったのです。わたしは自分がミスをしたのだと思いました」

彼らは、誘電特性が既存の導体の1,000倍から1万倍もある素材を偶然見つけたのだ。それから14カ月間、スーパーダイレクトリックスは、ブリストル大学とサリー大学の研究者たちと共同で、このポリマーが現実の世界で利用できるかどうかを調査した。その結果が2月27日付けで公開された。

充電時間が数秒にまで短縮可能に

まず彼らは、ファンやLEDを数分間ほど動かせる小型の装置を製作した。さらに開発を続ければ、この素材で1kgあたり最大180Whのエネルギー密度を実現できる可能性があると述べている。現時点では、最も密度が高いスーパーキャパシターでも、1kgあたり10Whに過ぎない。

この密度が実現すれば、スーパーキャパシターがリチウムイオン電池と肩を並べることになる。そうなれば、スマートフォンを数秒で充電できるようになるばかりか、いまより安くて安全なEVを、ガソリン車の燃料を満タンにするのと同じ時間で充電できるようになるはずだ。

中国のバスも停留所2~3カ所ごとに充電するのではなく、20~30カ所ごとに充電するだけで走れるようになるだろう。しかも、充電時間は数秒だ。

充電時間が短くなれば、EVの普及が加速する可能性があると語るのは、英国機械学会のジェニファー・バクスター博士だ。「充電時間を短くするか、1回の充電で走行できる距離を伸ばすことができれば、EVに対する人々の不安は間違いなく減ることになります」とバクスター博士は述べる。

考えられるもうひとつの用途は、回生ブレーキだ。電池は急速な充電が難しいが、スーパーキャパシターはすばやい充電に最適である。このため、EVの効率をさらに高めるうえで役立つ可能性があると、ダイソン・スクール・オブ・デザイン・エンジニアリングのクーパー教授は語る(同氏はこの研究には参加していない)。

大きさと「電流漏れ」がネック

ただし、乗り越えなければならない問題がいくつかある。スーパーキャパシターは、重量では電池に対抗できるものの、クルマに搭載する場合はサイズも問題になる。この点に関する研究はまだ行われていないが、ハイゲート博士の推測では、この技術を利用してつくられるスーパーキャパシターのサイズは、同等の電池よりおよそ30パーセント大きくなる見込みだ。

もうひとつの問題は、スーパーキャパシターの「アキレス腱」ともいえる、内部での「電流漏れ」だとハイゲート博士は述べる。電池は数週間から数カ月間エネルギーを貯蔵できるが、スーパーキャパシターは数時間から数日後にはなくなってしまう可能性がある。

用途によっては問題にならないかもしれないが、数日間利用しないこともあるEVでは問題となるだろう。スーパーキャパシターを電池と組み合わせてバックアップを確保することが、ひとつの解決策になるかもしれない。

この技術が最初に使われるのはクルマではなく、充電インフラの重要な構成要素になるだろうと、ほとんどの人は考えている。「およそ半数の人々は、自宅で一晩中充電を行えるような場所には住んでいません」と指摘するのは、充電ステーションを開発しているZapinamoのディレクター、ティム・マーティンだ。こうした人々は素早く充電できる設備を利用する必要があるが、いまの電力網ではそこまでのスピードで電力を供給するのが難しいと、マーティンは指摘する。

そこで、スーパーキャパシターを詰め込んだ大きな貯蔵施設が充電ステーションに設置され、EVと電力網をとりもつ役割を果たすようになるかもしれない。電気代が安いオフピークの時間帯にゆっくりと電気を貯めておき、必要に応じて複数のクルマに素早く供給するというわけだ。「素早い発電と、走行距離に関する不安を払拭できるほどの高速充電とを同時に実現するには、エネルギーを貯蔵しておくことが唯一の方法です」とマーティンは述べる。

より柔軟な電力供給が可能に

同様のアプローチが、再生可能エネルギーの分野に根本的な変化をもたらす可能性もある。太陽光発電や風力発電は発電状況にムラがあるため、つくられた電気を貯蔵しておけば、太陽光や風力が弱いときに電気を補えるようになる。

「誰もが夕食後にお湯を沸かし始めれば、その急増した電力需要をどこかで補う必要があります」と、クーパー教授は言う。現在は、ポンプで貯水池の水を汲み上げておき、エネルギーが必要になったときに落下させてタービンを回して発電する方式(揚水発電)で補うことが多い。だが、スーパーキャパシターなら素早く対応できるため、いまよりはるかに柔軟に電力を供給できるようになる。

「風力、波力、太陽光エネルギーは、利用可能ではあっても供給が断続的です。このためエネルギーを貯蔵しておかなければ、わたしたちのエネルギー需要に対応できるほどの信頼性を確保できません」とハイゲート博士は述べる。「今回の新しい研究結果は、わたしたちの生活様式を支えているエネルギーシステムを変容させるものになる可能性があります。わたしたちやその子孫が、真に持続可能で、環境にとって安全なかたちでエネルギーを得られるようになるには、こうした進歩が必要なのです」



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Posted at 2018/04/22 05:23:46

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