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Faradaically selective membrane for liquid metal displacement batteries

液体金属電池のためのファラデー反応的選択膜

Yin, H.*; Chung, B.*; Chen, F.*; 大内 隆成*; Zhao, J.*; 田中 伸幸; Sadoway, D. R.*

Yin, H.*; Chung, B.*; Chen, F.*; Ouchi, Takanari*; Zhao, J.*; Tanaka, Nobuyuki; Sadoway, D. R.*

リチウムイオン選択性を有する多孔質伝導膜を用い、正極と負極の電極金属を分離することで、性能劣化が小さく、高い充放電効率が得られるこれまでにない概念の溶融塩蓄電池の開発を行った。多孔質伝導膜にセラミックスの窒化チタン焼結体を、正・負極材に、それぞれ鉛及びリチウム鉛を使用した蓄電池を作製し、作動温度410$$^{circ}$$Cにおける100サイクル試験を行った。初期の100サイクル平均の性能で、充放電効率が90%以上と優れた性能を達成するとともに、その間の充放電効率の低下速度は1サイクル当たり0.0017%が得られた。これは10年経過後も充放電効率の劣化は10%以下と高寿命であることを示している。また、多孔質状金属(ステンレス及びチタン)に窒化チタンをコーティングした多孔質伝導膜を使用した場合においても、同様の充放電効率を示すことを明らかにした。このように本開発で導入した金属を基盤とする多孔質伝導膜は、低電気抵抗が可能な薄膜化かつ工業的スケールアップに向けた大型化が期待できるものである。

We disclose a new porous electronically conductive membrane, which achieves chemical selectivity by preferred faradaic reaction. This shift in membrane mechanism grants access to a variety of heretofore forbidden choices for positive and negative electrode metals and allows the battery to charge-discharge at high rate without degradation. Fitted with a porous membrane of TiN, a displacement cell comprising a Pb positive electrode, a Li Pb negative electrode, and LiCl-KCl eutectic electrolyte was cycled at 410$$^{circ}$$C and exhibited a coulombic efficiency of 92%. The capacity fade rate was measured to be 0.00172% per cycle, which is tantamount to retention of greater than 94% of initial capacity after 10 years. Most significant from the standpoint of scalability, we show that the faradaic membrane can be fashioned out of metal so as to be mechanically durable and therefore easily mass-produced at large scale with a thin cross-section for minimal ohmic drop in cell voltage.

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パーセンタイル:25.19

分野:Energy & Fuels

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