(Highly efficient grid-scale electricity storage at fifth of cost – researchers modify hybrid flow battery electrodes with nanomaterials)
2021/1/22 英国・ウォーリック大学
・ ウォーリック大学とインペリアル・カレッジ・ロンドンが、ハイブリッドフロー電池や再生型燃料電池(RFC)の機能と商業利用を促進させる技術を開発。
・ バインダーフリーの電気泳動堆積法(EPD)で作製した窒素ドープ・グラフェンによる炭素電極とマンガンや硫黄による低コストの電解質を組み合わせ、3 種類のハイブリッドフロー電池性能を向上。従来技術の 1/5 のコストによる長時間の電力貯蔵に加え、使用場所の制限緩和とゼロ・エミッションを実現。
・ シンプルだが非常に効果的な EPD による窒素ドープ・グラフェンの炭素電極では、高酸性・高アルカリ性の環境下での耐久性と性能が飛躍的に向上。
・ レドックスフロー電池のような長時間の充放電技術は、風力や太陽光発電等の断続的な再生可能エネルギー源の電力系統への接続の問題を解決する技術の一つとして期待されているが、コストが課題。米国エネルギー省(DOE)では、理想的なコストを￡75/kWh としている（系統電力備蓄用リチウムイオン電池では現在約￡130/kWh)。
・ ハイブリッドフロー電池のコストは、リチウムイオン電池等の他の競合電池コストの約 1/30。スケールアップにより、数日間から全季節を通じて約￡15～￡20/kWh での再生可能エネルギー源の電力貯蔵が可能。
・ また、用途に応じた出力・容量のフレキシブルな設計が可能なため、系統レベルの負荷平準化アプリケーションにも極めて有用となる。ポリ硫化物と空気(S-Air)によるハイブリッドフロー電池のエネルギー密度は特に高く、揚水式電気貯蔵の 500 倍。小型のためあらゆる再生可能エネルギー源の近くに設置できる。
・ EPD は導電基板へのコーティング等の産業プロセスで利用される技術だが、エネルギー貯蔵アプリケーションでの大規模応用の成功例は少ない。同大学では、リチウムイオン電池電極を製造する、産業規格を満たした EPD を開発すると共に、深共晶溶媒電解質を使用したバナジウムベースのフロー電池の実用性を向上させる、ナノ材料による炭素電極も過去に製造している。
URL: https://warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/highly_efficient_grid-scale
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
ACS Applied Materials & Interfaces 掲載論文(フルテキスト）
Hybrid Redox Flow Cells with Enhanced Electrochemical Performance via Binderless and
Electrophoretically Deposited Nitrogen-Doped Graphene on Carbon Paper Electrodes
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c17616
Abstract
Hybrid redox flow cells (HRFC) are key enablers for the development of reliable large-scale energy storage systems; however, their high cost, limited cycle performance, and incompatibilities associated with the commonly used carbon-based electrodes undermine HRFC’s commercial viability. While this is often linked to lack of suitable electrocatalytic materials capable of coping with HRFC electrode processes, the combinatory use of nanocarbon additives and carbon paper electrodes holds new promise. Here, by coupling electrophoretically deposited nitrogen-doped graphene (N-G) with carbon electrodes, their surprisingly beneficial effects on three types of HRFCs, namely, hydrogen/vanadium (RHVFC), hydrogen/manganese (RHMnFC), and polysulfide/air (S-Air), are revealed. RHVFCs offer efficiencies over 70% at a current density of 150 mA cm–2 and an energy density of 45 Wh L–1 at 50 mA cm–2, while RHMnFCs achieve a 30% increase in energy efficiency (at 100 mA cm–2). The S-Air cell records an exchange current density of 4.4 × 10–2 mA cm–2, a 3-fold improvement of kinetics compared to the bare carbon paper electrode. We also present cost of storage at system level compared to the standard all-vanadium redox flow batteries. These figures-of-merit can incentivize the design, optimization, and adoption of high-performance HRFCs for successful grid-scale or renewable energy storage market penetration.
