ZEBRAバッテリー

ZEBRA_battery
ZEBRA電池は充電式の一種である溶融塩電池主に-一般に入手可能な材料に基づくニッケル金属とナトリウムと塩化従来から食卓塩。技術的には、塩化ナトリウム-ニッケル-塩化物電池として知られており、ハロゲン化ナトリウム-金属-ハロゲン化物電池として知られていることも通称は、1985年に南アフリカで開始されたゼオライト電池研究アフリカプロジェクトの下での開発に由来しています。
ZEBRAバッテリーは高温に保つ必要があり、熱管理上の理由から、大判で構築された場合にのみ実用的です。それらは主にグリッドエネルギー貯蔵について検討されており、電気自動車についてはそれほどではありません。ZEBRAは、他の点では同様のナトリウム硫黄電池に代わる、よりシンプルで安全、かつ安価な代替品ですが、ナトリウム硫黄の150 Wh / kgに比べて、エネルギー密度は約90〜120 Wh / kgと低くなっています。ZEBRAとナトリウム-硫黄はどちらも、これらの同じ役割でリチウム-鉄-リン酸塩やリチウム-硫黄などのよく知られたシステムと競合します。
ZEBRAの設計は、1980年代からオンとオフの開発が見られ、1990年代にAEREハーウェルとAEGで主要な研究が行われていました。後ダイムラーは、 AEGを購入し、その後に合併クライスラー、ZEBRA部門が売却されました。AEREの開発はベータR＆Dとしてスピンオフされ、後にゼネラルエレクトリックによって購入されました。今日、多くの企業は、ZEBRA電池、最も顕著なのGEの売却んDurathon とFIAMMのSoNick、を、彼らが普及を見て、もはや電気自動車の使用のための主要な候補であるように思われ

コンテンツ
1 説明
1.1 バックグラウンド 1.2 溶融塩のデザイン 1.3 ナトリウム-硫黄 1.4 シマウマ
2 参考文献
2.1 引用 2.2 参考文献
説明編集

バックグラウンド
化学反応には電子の交換が含まれます。反応に関与する材料は試薬と呼ばれます。バッテリーは、何らかの形の機械的または化学的バリアを使用して、これらの電子交換が自発的に発生するのを防ぎ、電子が通過するための外部経路が利用可能な場合にのみ発生を許可します。次に、この経路は負荷に接続され、作業を行うために使用されます。ほとんどのバッテリーでは、反応は2つの試薬間の電解質を使用して制御されます。得られた反応物がシステムから放出される場合、それらはより一般的に（常にではないが）燃料電池として分類される。
一般的な使い捨てマンガン乾電池（「乾電池」）では、関与する2つの主要な化学物質は亜鉛と酸化マンガンであり、水に溶解した塩化亜鉛と塩化アンモニウムの電解質によって分離されて濃厚なペーストを形成します。電解質からバッテリーの外側のケースの亜鉛への酸素の移動は、反応の半分を駆動します。この反応は、電解質から追加の酸素が解放された場合にのみ継続できます。反応の後半は、酸化マンガン電極によって提供されます。酸化マンガン電極は、電子が供給されると電解質に酸素を放出します。したがって、亜鉛とマンガンの間に導体を取り付けると、電流が流れます。
亜鉛-炭素電池では、化学反応は一方向にのみ簡単に発生します。電池を「再充電」しようとしても、亜鉛が元の固体状態にきれいに再形成されることはありません。材料が同じように、または同じ程度に形を変えず、再充電できる他の反応がバッテリーは一般的に2つのタイプに分けられます。充電できない「一次」電池と、充電できる「二次」電池。二次電池の改良型は主要な研究分野です。

溶融塩のデザイン
多くのイオン結合化合物は、バッテリーにとって潜在的に有用な材料です。反応の電圧、したがって分子あたりの利用可能な総エネルギーは、周期表上で可能な限り離れて配置されている反応物を選択することによって増加します。最先端のバッテリー技術は、軽金属カテゴリーの元素、具体的にはリチウムとナトリウム、およびグラフの反対側にある酸素や硫黄などの反応性元素に基づいています。
これにより、一般的な食卓塩はほぼ理想的な電池材料になり、一般的な亜鉛ベースの電池の約1.5ボルトと比較して、組み合わせると2.58ボルトを生成します。ただし、この組み合わせは通常、溶融状態で行われます。従来の液体電解質では、溶融塩材料は自由に混合でき、外部回路を必要とせずに反応を完了し、それによって電力を抽出します。この場合、バッテリーは液体試薬を分離する固体電解質を使用する必要が
最初の溶融塩電池は1940年代に開発され、第二次世界大戦以降のミサイル誘導システムで最初に広く使用されました。これらの設計では、別々に形成された試薬を液体状態で保管するためのスポンジとして酸化マグネシウムを使用しました。試薬に浸した後、酸化マグネシウムを冷却して固体にし、プレスしてペレットにし、積み重ねた。ペレットが加熱されると、試薬が溶けてスポンジから流出し、発電を開始します。これにより、損失なしで長期間保管できますが、「ワンショット」でのみ使用できます。

ナトリウム-硫黄
充電式溶融塩電池市場における重要な開発は、ベータアルミナ固体電解質（BASE）として知られる固体セラミック電解質の開発でした。ゼオライトであるBASEは、ナトリウムイオンがその中を移動できるようにすると同時に、非イオン化ナトリウムやその他の分子もブロックします。BASEとイオン性塩を組み合わせることで、最初の充電式溶融塩電池であるナトリウム硫黄電池が誕生しました。典型的な設計では、BASEのシリンダーが内側のナトリウムを外側の硫黄から分離し、それらの間の電荷の交換を仲介します。ナトリウムが電子をあきらめると、ナトリウムはBASEを通過して、BASEに巻き付けられたカーボンスポンジ内の硫黄と結合します。
動作させるには、バッテリー全体を119℃の硫黄の融点以上に加熱する必要がナトリウムの融点は約98℃と低いため、デフォルトでは、溶融硫黄を保持するバッテリーは溶融ナトリウムを保持します。これは重大な安全上の懸念を示します。ナトリウムは空気中で自然に可燃性であり、硫黄は非常に可燃性です。そのようなバッテリーを装備したフォードエコスターのいくつかの例は、充電中に炎上し、フォードはその概念をあきらめました。このシステムを使用した大規模なグリッドストレージの開発も、2011年9月のつくば工場の火災事件で重大な火災を引き起こしました。

シマウマ
より安全な試薬を使用した溶融塩電池は、ナトリウム-硫黄設計よりも明らかに有利です。ただし、ほとんどの有望な資料は、現在の形式のBASEではうまく機能しませんでした。これは、一般的なテーブルソルトでの操作を可能にするためにBASEを変更しようとするZEBRAの取り組みにつながりました。基本的な考え方は、南アフリカの科学産業研究評議会のJohan Coetzerによって開発され、1987 。8年に最初の特許が付与されました。
さらなる開発は英国のAEREHarwellで始まり、その後BETA Research andDevelopmentとしてスピンオフされました。ベータ版は、1988年にAEG（後のダイムラー）とアングロアメリカンによって形成された合弁会社に統合されました。合併会社のAEGアングロバッテリーは1994年にZEBRAバッテリーのパイロット建設を開始しましたが、1998年にダイムラーとクライスラーが合併しました。終了しました。1999年にスイスで設立されたMES-DEAが開発を引き継ぎました。年間数千パックの小規模生産が行われたが、この作業が進行中であるかどうかは不明であり、この技術への言及のほとんどは古くなっている。
ZEBRA設計の鍵は、ニッケルとBASEのような塩化アルミニウムナトリウムの混合物を開発して新しい固体電解質を生成することでした。ナトリウム-硫黄設計と同様に、ZEBRAは通常、円筒形の年次アセンブリ、つまり「カニューレ」で構成されます。外側のケースであるニッケルコーティングされたステンレス鋼は、アセンブリのマイナス端子およびプライマリコンテナとして機能します。ケーシングのすぐ内側にはナトリウム金属がナトリウム内に浮遊セラミックベース電極であり、その中、のNiClの混合物2及びNaAlCl 4。その真ん中に吊り下げられているのは、正極として機能する電極です。
BASEセラミックは比較的脆いため、機械的衝撃により破損する可能性がこれらが開くと、NaAlCl 4がナトリウムと接触して塩を形成し、アルミニウム金属を沈殿させます。
NaAlCl 4 +3Na⟹4NaCl+ Al
これは、小さな亀裂をシールする剛性のあるコンパウンドです。より大きな亀裂がある程度短絡してセルを形成する場合は、バッテリー回路から取り除く必要が
ZEBRA設計の充電曲線では、セルが完全に放電される直前に、かなり急激な電圧降下が発生します。これにより、充電状態（SOC）と、バッテリーが「切れ」に近づいているかどうかを知ることが困難になります。これを減らすために、追加のアルミニウム金属パワーが追加され、2番目の反応が生成されます。
Al +4NaCl⟺3Na+ NaAlCl 4
これは、この反応の発生が停止し、電圧降下が小さいときの充電状態を示している可能性がこれは、バッテリーのSOCが低いことを示しています。
塩は154°Cで液化し、バッテリーは少なくともこの温度、通常は300°Cに近い温度で動作する必要が温度調整のために、セルは通常約25ミリメートル（0.98インチ）の二重壁魔法瓶内に保持されます。厚い。バッテリーが室温まで冷えると、動作に戻るまでに2日ほどかかります。高温の材料と金属のナトリウムは安全性の問題のままです。

参考文献

引用
^ セントジョン、ジェフ（2015年1月22日）。「GEはグリッドスケールのDurathonバッテリーの生産を縮小します」。GTM。
^ 「SoNICKバッテリー」。Gridedge。
^ 「ドライセルバッテリー」。ルーメン。
^ 「フォードは2回の火災後に電気バンのプラグを抜く」。ブルームバーグビジネスニュース。1994年6月6日。
^ 「NASバッテリー火災に関するQ＆A」。KG絶縁体。2012年6月15日。
^ 坂江部2014、p。2165。
^ 坂江部2014、p。2166。
^ 坂江部2014、p。2167。
^ 坂江部2014、p。2168。
^ 坂江部2014、p。2169。

参考文献
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Dustmann、Cord-H（2004）。「ZEBRAバッテリーの進歩」 （PDF）。ジャーナルオブパワーソース。127（1–2）：85–92。土井：10.1016 /j.jpowsour.2003.09.039。