本論文は、再生可能エネルギー貯蔵のための持続可能なソリューションであるナトリウムイオン電池 (SIB) の、超低温環境下での実用性能を初めて包括的に評価したものです。研究では、寒冷地や宇宙探査などの過酷な条件下での SIB パウチセルの性能実証を目的としました。
🧪 主要な構成要素
| 項目 | 詳細 |
| 電池形式 | パウチセル |
| 正極 (カソード) | リン酸バナジウムナトリウム: Na3V2(PO4)3 (NVP) |
| 負極 (アノード) | ハードカーボン (HC) |
| 電解液 | 低温対応コンポーネント: 1M NaPF6 in THF/2-MeTHF (テトラヒドロフラン/2-メチルテトラヒドロフラン混合溶媒) を使用。 |
🧊 極限条件下での性能（比エネルギー）
SIB パウチセルは、超低温環境下でも高い比エネルギーを維持しました。
| 温度 | 比エネルギー (Wh kg-1) |
| 室温 (~25℃) | 約 96 |
| -25℃ | 約 74 |
| -50℃ | 約 46 |
| -100℃ | 約 76 (太陽光充電後の放電) |
🔑 主要な知見と実証
- イオン輸送メカニズム: 電気化学インピーダンス分光法 (EIS) による解析の結果、低温性能の鍵であるナトリウムイオン (Na+) 輸送の活性化エネルギーが 10 kJ mol-1 という低い値であることが確認されました。
- 実環境での実証:
- -50℃ までの温度下で、風力タービン発電機からの充電と放電に成功。
- 実際の冬の野外（約 -10℃）で、風力エネルギー貯蔵を実証し、異常気象下での緊急電力バックアップとしての有用性を強調。
- 宇宙探査への応用可能性: 月面夜間温度を想定した -100℃ で、太陽電池による充電と効率的な放電に成功し、宇宙探査への展開可能性を示唆。
- 界面の安定性: 試験後の解析により、低温動作後も負極表面に均一で連続したSEI 層 (厚さ 10〜15 nm) が形成されており、界面の安定性が確認されました。
SIB は、主に定置用蓄電システム（再生可能エネルギー貯蔵、電力網）、寒冷地での利用、および低速 EVなど、コストと安全性、低温耐性が重視される分野で実用化が進んでいます。
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