銀亜鉛電池
銀亜鉛電池は、酸化銀(I,III)と亜鉛を利用した二次電池です。
概要
銀亜鉛電池は酸化銀電池の多くの特性を共有しており、さらに、現在知られている電気化学電源の中で最も高い比エネルギーの一つを供給することができます。長年、特殊な用途に使用されてきましたが、現在ではノートパソコンや補聴器の電池など、より一般的な市場向けに開発が進められています。 [ 1 ] [ 2 ]
特に銀亜鉛電池は、印刷法[ 3 ]や化学蒸着法[ 4 ]を用いて、ポリマーや紙などのフレキシブル基板に反応物を直接組み込むフレキシブル電子機器の電源として開発されています。
実験的な新しい銀亜鉛技術（酸化銀とは異なる）は、リチウムイオン電池よりも最大40％長い稼働時間を提供する可能性があり、また、リチウムイオンの代替品を悩ませてきた熱暴走や可燃性の問題がない水ベースの化学特性を備えています。[ 1 ]
化学
銀亜鉛電池は完全に放電された状態で製造され、正極は金属銀、負極は酸化亜鉛と純亜鉛粉末の混合物という逆の電極構成を持ちます。電解液には水酸化カリウム水溶液が使用されます。
充電プロセスでは、まず銀が酸化されて酸化銀(I)となる。
- 2 Ag(s) + 2 OH − → Ag 2 O + H 2 O + 2 e −
そして酸化銀(II)へ
- Ag 2 O + 2 OH − → 2 AgO + H 2 O + 2 e −、
酸化亜鉛は金属亜鉛に還元される
- 2 Zn(OH) 2 + 4 e − ⇌ 2 Zn + 4 OH − .
このプロセスは、セル電位が約1.55ボルトで電解液の分解が可能なレベルに達するまで続けられます。これ以上の電荷は蓄えられず、発生する可能性のある酸素はセルに機械的および火災の危険をもたらすため、充電終了とみなされます。
歴史と使用法
この技術は、リチウム技術が登場する以前、最高のエネルギー密度を誇りました。主に航空機向けに開発されましたが、長らく宇宙打ち上げ機や有人宇宙船にも使用されており、サイクル寿命の短さは問題になりません。充電不可能な銀亜鉛電池は、ソ連の最初のスプートニク衛星、米国のサターン打ち上げ機、アポロ月着陸船、月面探査車、生命維持バックパックなどに電力を供給しました。
アポロ司令船（CM）の主電源は、サービスモジュール（SM）に搭載された水素酸素燃料電池でした。従来のどのバッテリーよりも高いエネルギー密度を提供しましたが、ピーク電力の制限により、CMに搭載された銀亜鉛電池による補助が必要となり、サービスモジュール分離後の再突入時にはこの電池が唯一の電源となりました。飛行中はこれらの電池のみが充電されました。
アポロ13号の事故寸前で、燃料電池のバックアップとして、補助的な銀亜鉛電池がサービスモジュールに追加されました。スカイラブ宇宙ステーションへの乗組員輸送手段として使用されたアポロのサービスモジュールは、ドッキング解除からサービスモジュールの切り離しまでの間、3つの銀亜鉛電池で電力を供給されていました。これは、ステーションでの長期滞在期間中、水素タンクと酸素タンクが燃料電池の反応物を貯蔵できなかったためです。
これらのセルは軍事用途で使用されており、たとえばマーク 37 魚雷やアルファ級潜水艦に搭載されています。
1960年代、ゼネラルモーターズは、イーグル・ピッチャー社製の亜鉛銀電池を搭載したエレクトロヴェアという電気自動車を開発しました。[ 5 ]しかし、この電池は高価で、充放電サイクルもわずか100回しか持ちませんでした。[ 6 ]
参照
参考文献
- ^ a b「オピニオン：エンジニアリングのバッテリーを充電しよう」。2016年3月1日閲覧。
- ^ Mike, Dicicco (2016年12月1日). 「NASAの研究が銀亜鉛電池の実現を支援」 NASA . 2017年4月29日閲覧。
- ^ Braam, Kyle T.; Volkman, Steven K.; Subramanian, Vivek (2012-02-01). 「プリンテッド一次銀亜鉛電池の特性評価と最適化」Journal of Power Sources . 199 : 367– 372. doi : 10.1016/j.jpowsour.2011.09.076 . ISSN 0378-7753 .
- ^ Grell, Max; Dincer, Can; Le, Thao; Lauri, Alberto; Nunez Bajo, Estefania; Kasimatis, Michael; Barandun, Giandrin; Maier, Stefan A.; Cass, Anthony EG (2018-11-09). 「バイオセンサー、バッテリー、エネルギーハーベスティングのためのSiインクを用いた布地の自己触媒金属化」 . Advanced Functional Materials . 29 (1) 1804798. doi : 10.1002/adfm.201804798 . ISSN 1616-301X . PMC 7384005. PMID 32733177 .
- ^ Rishavy, EA; Bond, WD; Zechin, TA (1967年2月1日). 「Electrovair-A バッテリー電気自動車」 . SAE技術論文シリーズ. 第1巻. Society of Automobile Engineers International . doi : 10.4271/670175 . ISSN 0148-7191 .
- ^マレー、チャールズ・J.（2022年9月15日）『 Long Hard Road: The Lithium-Ion Battery and the Electric Car （長く困難な道：リチウムイオン電池と電気自動車） 』パーデュー大学出版局。doi : 10.2307/ j.ctv1xx99k5。ISBN 978-1-61249-762-4. JSTOR j.ctv1xx99k5 .
