フッ化物ベースのバッテリーは、現在使用されているバッテリーよりも8倍長持ちします

• ノートパソコンと携帯電話を月に2回だけ充電することを想像してみてください。
• フッ素の負電荷イオンに基づくバッテリーは、これを可能にすることができます。
• 研究者は初めて、室温で適切に動作する充電式フッ化物ベースのバッテリーを製造しました。

最新のデバイスの要件を満たすために必要な高エネルギー密度を提供するバッテリーの検索は継続的に増加しています。エネルギー密度は、反応で送信される電子の数、アノードとカソードの電位差、セルの体積、ファラデー定数によって異なります。

これらすべての要因を念頭に置いて、カリフォルニア工科大学の研究者は、フッ化物（フッ素の負に帯電したイオン）に基づいて充電式電池を製造する新しい方法を開発しました。

このテクノロジーは、ラップトップや電話を毎日充電する必要をなくす可能性があります。実際、この要件を月に2回だけに減らすことができます。フッ化物電池のエネルギー密度はリチウムイオン電池よりも比較的高いため、最大8倍長く使用できます。ただし、それらは非常に反応性が高く、腐食性があり、操作が困難です。

研究可能なフッ化物電池

誰かがフッ化物電池を実験したのはこれが初めてではありません。 1970年代、科学者たちは固体モジュールを使用して充電式フッ化物ベースの電池を開発しようとしました。ただし、全固体電池は正常に動作するために高温を必要とするため、日常の目的には使用できません。

現在、研究者たちは、液体モジュールを使用して、これらのバッテリーを室温で動作させる方法を考え出しました。彼らは、室温で適切に機能する最初の充電式フッ化物ベースのバッテリーを作ることができました。

バッテリーは、カソード（正）電極とアノード（負）電極の間でイオンをドリフトさせることによって電流を供給します。液体溶液（リチウム電池で使用）では、イオンは室温でより簡単にドリフトします。

参照：ScienceMag | doi：10.1126 / science.aat7070 |カリフォルニア工科大学

リチウム電池は陽イオン（陽イオン）を使用しますが、この研究で開発されたフッ化物電池は負電荷（陰イオン）を帯びています。電池に陰イオンを使用することにはいくつかの利点がありますが、それらには独自の課題があります。

液体電解質溶液の助けを借りてアノードとカソードの間を移動する原子を充電する|クレジット：Brett Savoie / Purdue University

電池を長持ちさせるには、たくさんのイオンを動かす必要があります。正に帯電したイオン（陽イオン）を動かすことは非常に困難ですが、比較的簡単に移動する負のイオン（陰イオン）を動かすことによっても同様の結果を得ることができます。このメカニズムの主な課題は、システムを適切な電圧で動作させることです。

結果

この研究では、研究者は、多価フッ化物変換反応が高い熱力学的反応ポテンシャル（3ボルト以上）と体積容量（1000Ah /リットル以上）を持っていることを示しました。したがって、フッ化物電池は、最大5000 Wh /リットルの理論エネルギー密度を提供します。これは、既存のリチウムイオン技術の理論値の少なくとも8倍です。

フッ化物電池を（固体ではなく）液体中で適切に動作させる重要なコンポーネントは、ビス（2,2,2-トリフルオロエチル）エーテル（略してBTFE）という名前の電解液です。フッ化物イオンを安定させて、バッテリー内で電子を簡単に前後に移動できるようにします。

BTFEの分子に囲まれたフッ化物イオン（ピンク）|クレジット：Brett Savoie / Purdue University

しかし、なぜこのソリューションが機能したのか。 BTFEのどのような特徴がフッ化物の安定化でしたか？答えを見つけるために、研究者たちはコンピューターシミュレーションの助けを借りました。彼らはBTFEソリューションを変更し、添加剤で変更することで安定性とパフォーマンスを向上できることを発見しました。

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結果は、研究者がより長持ちするバッテリーを開発する興味深い技術を解き放ったことを示しています。フッ化物電池が復活していると言っても間違いではありません。