世界は再生可能電力への移行を急速に進めていますが、欠点もあります。太陽光発電は夜間に低下し、風力発電は不規則に後退したり上昇したりします。余剰があるときに電力網からエネルギーを貯蔵し、十分でないときにそれを配備できる新しい技術を開発する必要があります。

充電式リチウムイオン電池は、スマートフォンから電気自動車までのデバイスに電力を供給し、日常生活において重要な役割を果たしています。しかし、リチウム、ニッケル、コバルトなどの限られた資源に依存しているため、持続可能性とコストに関する懸念が生じています。

WPI の化学工学のジェームス H. マニング教授である Xiaowei Teng 氏は、新しい研究を行うチームを率いています。バッテリーグリッドエネルギー貯蔵技術。チームの最近の成績は、出版されたでケムサスケムは、鉄を電解質添加剤のケイ酸塩で処理すると、高性能のアルカリ電池の負極を作成できる可能性があることを示唆しています。地殻内でアルミニウムに次いで 2 番目に豊富な金属である鉄は、ニッケルやコバルトよりもはるかに持続可能です。米国だけでも、毎年約 4,000 万トンを超える鉄と鋼をスクラップからリサイクルしています。

Teng 氏は、鉄はすでに 1900 年代にトーマス・エジソンによって発明された鉄ニッケルアルカリ電池のアルカリ電池の陽極として使用されているが、エネルギー効率が低く、ストレージ容量充電中の水素ガスの生成と、放電中の不活性酸化鉄の生成によるものです。

「バッテリーを充電するときに水素ガスが発生するのは望ましくありません」と Teng 氏は言います。「これはバッテリーシステムのエネルギー効率を著しく損ないます。これらに対処しないと、技術的な課題鉄アルカリ電池は、電力網と組み合わせる現代のエネルギー貯蔵システムにとってあまり魅力的ではありません。」

10月7日号のカバーストーリーで特集されました。ケムサスケム、研究チームは、電解質にケイ酸塩を添加すると、水素を生成せずにバッテリーを充電できると報告しました。

ケイ素と酸素の化合物であるケイ酸塩は、ガラス、セメント、断熱材、洗剤などに安価で簡単な薬剤として長い間使用されてきたと、サティア・ジャガディーサン博士は語った。WPI の学生であり、論文の筆頭著者。研究チームは、ケイ酸塩が電池の電極と強く相互作用し、水素ガスの発生を抑制することも発見した。

Teng氏は、この新しいプロセスは、マイクログリッドや個別の太陽光発電所、風力発電所などのエネルギー貯蔵用途向けの鉄空気電池や鉄ニッケル電池のアルカリ鉄酸化還元化学を改善できる可能性があると述べた。

詳細情報:Sathya Narayanan Jagadeesan ら、ケイ酸塩 - 水酸化ナトリウムハイブリッド電解質を使用した高容量および可逆性アルカリ鉄レドックスのロック解除、ケムサスケム（2024年）。DOI: 10.1002/cssc.202400050