発電した電力の貯蔵法

質問

今のところはバッテリーに電力を蓄えるしかありませんが、これでは大量に貯めるのは大変です。水素に替えたりマグネシウム還元したり人口光合成したりして貯めることがでいるようになるのはいつごろでしょうか。
それらが家庭で使えるようになるのはいつごろでしょうか？
22世紀ですか？

回答No.3

HAL2（@HALTWO） · ベストアンサー

酸化 Aluminium 充電池ならば同じ大きさの Lithium 充電池に較べて 3 倍以上の容量があって 1/3 以下の値段にする事ができそうですので、家庭用ならばこれじゃないかなぁ。

実用化するのは 10 年ぐらいでしょうが、携帯できるほど小さくするのは難しいので電動自転車用電池ぐらいにまで小型化されたものが各家庭に普及するのは 20～30 年後ぐらいでしょうかねぇ。……それまでは新築、改築の際に組み込む夜間電力温水保管筒ぐらいの大きさでしょうから。

Aluminium は酸化する際に電気を蓄え、還元すれば電気を取り出す事ができるのですが、酸化 Aluminium 被膜がその内側の Aluminium が酸化還元する反応を阻害してしまいますので、連続して反応を起こす事ができるよう、酸化還元反応を阻害しない Shield を施した極細の繊維にする必要があり、現在はその Shield 剤に何が最適化を各社が実験している段階に来ているものの、車用湿式電池よりも小さな電池にすると却って値段が張りそうですので、まぁ電動自転車用充電池数本分ぐらいの大きさが実用範囲ではないかと思います。

でも電動自転車用電池数本分の大きさで、蓄える電力は 10 本分ぐらいありますので、1 人住まいの人が夏場に AC 使いっ放しにしながら 1 日に消費する電力ぐらいは賄え、値段は電動自転車用充電池 1 本分ぐらいにまで落とせるでしょう。

世帯人数 × 3 日分ぐらいならば冷蔵庫の大きさぐらいかな……これを夜間電力で充電するようになるまで 20～30 年というところでしょうね。

車もこれを使えば走行距離を倍以上に伸ばして値段は百万円近く安価にできます。

ただまぁ携帯や Tablet PC に組み込む充電池は別の素材を使うだろうと思いますが。

参考URL：

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%A9%BA%E6%B0%97%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%83%9F%E3%83%8B%E3%82%A6%E3%83%A0%E9%9B%BB%E6%B1%A0

お礼

ご回答ありがとうございます。10年で実用化ですか。そうなると大容量電池はこちらへ置き換わりそうに思いますが。マグネシウムなんかが言われていますが、酸化 Aluminiumが先でしょうか。

電気を電気のまま貯めるのは充放電が早いけれども貯蔵スペースもバッテリーの重さもネックになる。
一方、電気を化学変化で別物質の形で保存すれば貯蔵スペースもバッテリーの重さも大幅に減らせるけれども、電力を取り出す際に化学変化させるプラントが必要だし、大電流を取り出すには化学変化の速度が必要なので、現場でオンデマンドで取り出すにはハードルが高い。

つまり発電所ならぬ蓄電所とか、家庭で太陽電池の蓄電用に使うのが合理的で、乗り物や携帯デバイスに化学電池は合理的でないというか、もしできれば電気を電気のまま貯めるバッテリーは不要になります。そんな時代が来るんでしょうかね。

回答No.5

HAL2（@HALTWO）

A No.3 HALTWO です。

Lithium 充電池を含む乾電池群も化学電池ですよ！
金属を酸化させて (酸素を結合させて) 充電し、放電時には還元する (充電時に酸素を放出した物質に酸素を戻す) 構造を液漏れしないようにしたものが乾式電池でして、分解するとたっぷり入っている電解液が溢れ出す車載 Battery のようなものが湿式電池と呼ばれるものの、どちらも化学反応で充放電を行う化学電池です。

水素はそのまま電気に変換できるものではなく (そんな物質変換は核融合反応でも無い限り不可能です)、水素と酸素を結合させる (つまり燃焼させる) ことで生じる Energy を電力として取り出すものが水素電池です……Energy を熱で受け取り、その熱で発電機を動かすものは水素燃料の内燃機関や Rocket Engine となりますが、電気を取り出すものは水を電気分解して酸素と水素に分ける動作の逆を行っているものに過ぎず、これも水素と酸素の化学反応を利用するものです。

酸化 Aluminium 充電池は「空気アルミ電池」とも呼ばれるもので、一昨年の記事ですが下記参照 URL はトヨタが行っていた研究の記事です。
現在はもっと進んでいる筈で、トヨタだけではなく、様々な研究機関が実用化一歩手前とも言えるようなものを作って実験しています。

髪の毛よりも細い Aluminium 線を Fine Ceramics で Coating した極細線を脱脂綿みたいな形にまとめて電解液に漬け込んだものは充放電動作を繰り返して生じる「還元できなくなる酸化 Aluminium」の量が極めて少なく、Aluminium 線の太さ、Coating の厚み、綿状態にする Fine Ceramics Coated Aluminium 線の充填密度、電解液の組成を最適な値に突き詰めていけば数千回の充放電が可能な実用化の段階に達すると、去年発表した研究所があったと記憶しますが、記事を Download していなかったので何処にあるのか探し出せませんでした(^_^;)。

その構造から小型化は電動自転車の Battery ぐらいが実用限界かなと推測しているのですが、電動自転車用 Battery の大きさで、理論上は 10 倍の蓄電量……まぁ耐久性を重視した実用版はそこまで高性能ではないにしても 3 倍以上にはできるでしょうね……Lithium を複雑な合金にした Lithium 充電池に較べれば Fine Ceramics を蒸着した Alumium 極細繊維電線なんて安価なものですので大量生産すれば電動自転車用 Battery の半分以下とか 1/3 の値段で作れるのではと思った次第です。

因みに車用湿式電池は常に満杯状態に充電し続ける事によって長い寿命を得られるもので、一度放電し切ってしまうと寿命も充電能力も大幅に低下します。……Battety を上げてしまうと Battery の上がり癖が付いてしまって直ぐに寿命が尽きてしまうのはこのためです。

一方 Lithium 充電池は満杯に充電すると電極部が腐食劣化して充電可能量の寿命も低下する性質がある事から Note PC の出荷時は 50% 充電にされています。
20 年程前の Note PC に普及していた Nickel Hydride 充電池は充放電を繰り返すと放電できない電力が貯まる「上げ底」状態になる事から定期的にゆっくりと放電し切らせる事で寿命を延ばす事ができました。

このように充電できない一次電池も充電できる二次電池、湿式か乾式かのみならず電池の組成によって様々に異なる性質があるものですので、用途に応じて組成や構造の異なる電池が開発されています。

その中でも電気自動車用や家庭用の大型大容量蓄電池としてもっとも実用化が近いのが酸化 Aluminium 電池なのではないかと思います。

風力発電機と組み合わせたり、揚水発電機構と組み合わせる大規模蓄電 System としては Natrium と Alumina 及び Sulphur (硫黄) を用いた NAS 電池 System というものが「日本ガイシ」によって開発され、実用化されていますね。……NAS 電池で検索してみてください。

Magnesium 空気電池も原理及び蓄電能力は Aluminium 空気電池と同様のものなのですが、車の Wheel を見れば判る通り Magnesium 合金 (Magnesium と Aluminium の合金 ) Wheel よりも Aluminium 合金 Wheel の方が安価ですので、実用化するのならば Aluminium 空気電池の方が有利ですね。

お礼

ご回答ありがとうございます。電池好きですか、私みたいに。

マグネシウムは海水から取れるので、その気になれば資源が尽きることはないです。
リチウムは間違いなく足りなくなると思います。

回答No.4

SPROCKETER

電力を貯蔵するには効率よりも蓄電量が重要で、充電ロスが多くても蓄電量が大きな貯蔵方法を使うしかありません。

　揚水発電が使われるのは、水の位置エネルギーの形で大量にエネルギーを保存出来るからです。蓄電池に電力を貯めるのは変換効率が低く、大量に蓄電出来ないなどの問題点があり、倉庫のような巨大な蓄電システムを作るのが限界のようです。

　むしろ、批判されている原子力発電の方が、年中無休で昼も夜も発電が続けられるので、電力会社から見れば宝の山なわけです。

お礼

ご回答ありがとうございます。確か揚水発電が67％、NAS電池が85％だったと思います。

原子力はベースロード電源に向いていますからね。

回答No.2

tmys10

昔からあるものに「揚水発電」があります。

揚水発電の特徴と仕組み
http://www.kyuden.co.jp/effort_water_omarugawa_omaru04.html

「フライホイール・バッテリー」も実用段階。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%9B%E3%82%A4%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%BB%E3%83%90%E3%83%83%E3%83%86%E3%83%AA%E3%83%BC

電気を水素に変えて蓄え、水素ステーションで燃料電池車に補給する。これももう実用化されています。

https://toyota.jp/mirai/

お礼

ご回答ありがとうございます。揚水は2/3くらいのエネルギー効率なのでざるですね。
水素も水素脆性があるので高圧タンクは大変だし大量貯蔵には向かないのでは？

回答No.1

roadhead

電気エネルギー を直接何かの物質に変えると言う研究で成果をあげたと言うのは聞いたことがありません。
未来永劫出来ないと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。