バッテリーの充電を待つのは面倒ですが、最近のナノテクノロジーの進歩のおかげで、いつか数分以上待つ必要がなくなるかもしれません。
米国エネルギー省アルゴンヌ国立研究所の研究チームによって開発されたこの新技術により、多くの機器の再充電に数時間かかるバッテリーを、30秒未満でフル容量の半分まで充電することが可能になる。また、二酸化チタンナノチューブを使用することで、バッテリーの動作容量は時間の経過とともに徐々に増加する。
しかし、これはどのように機能するのでしょうか？ナノ科学者のティヤナ・ラジ氏とバッテリー専門家のクリストファー・ジョンソン氏が率いる研究チームは、これらの二酸化チタンナノチューブが「バッテリーの充放電サイクルに応じて相を反転」できることを発見しました。これは、構造が自ら向きを変え、エネルギーの流れを改善することを意味します。下の動画では、構造が「進化」し、ランダム性が減少することで効率が向上する様子を見ることができます。
過去には、米国エネルギー省をはじめとする研究グループが、ナノチューブとグラフェンの独特な物理的・電気化学的特性を理由に、関連研究を行ってきました。2010年には、米国エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所が、グラフェンを用いた独自の発見を行い、数分でバッテリーを充電できる可能性を示しました。
しかし、グラフェンが静止したままであるグラフェン研究とは異なり、アルゴンヌのナノチューブは実際に自己配向することができます。
アルゴンヌ国立研究所は、このシステムにはある程度の可塑性があり、構造物が自由に動き回ることで自らの性能を向上させることができると指摘しています。言い換えれば、この新技術は自己改善型構造であるため、大きな進歩と言えるでしょう。
アルゴンヌ国立研究所の化学者ジェフ・チェンバレン氏によると、これは材料としては非常に珍しい挙動です。チェンバレン氏はプレスリリースで次のように述べています。「私たちは科学的観点から非常に興味深いナノスケールの相転移を観測しており、これらの材料の挙動をより深く理解することで、電気エネルギー貯蔵システムに用いられる材料の謎を解き明かすことができるでしょう。」
これまでアルゴンヌ国立研究所は、二酸化チタンナノチューブとリチウムイオン電池技術に関する数多くのテストを行っており、ナノチューブは電池の充電速度を向上させるだけでなく、電池の信頼性と安全性も向上させることが分かっている。
この新技術は、将来的にはナトリウムイオン電池にも応用される可能性があります。研究者の一人、サンジャ・テパヴチェビッチ氏は、既にこの技術を用いてナトリウムイオンナノ電池を開発しています。将来的には、この技術がノートパソコンやスマートフォン、その他の電子機器にも搭載され、コンセントの近くに立つことなく、好きなことをする時間が増えるかもしれません。
[アルゴンヌ国立研究所、Engadget経由 / 画像: FlickrのGeoff Hutchison (CC BY-ND 2.0)]
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