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鉄クロムフロー電池電極にビスマスコーティングでエネルギー効率を高める

[蔚山=ニューシス] ク・ミヒョン記者 = 爆発リスクがなく安価な次世代大容量エネルギー貯蔵装置(ESS)である「鉄-クロムレドックスフロー電池」の性能を引き上げる技術が開発された。人工知能(AI)データセンターのように膨大な電力を消費する施設に安全で安価な非常用電力を供給できる基盤が整ったとの評価だ。

蔚山科学技術院（UNIST）は2日、エネルギー化学工学科のイ・ヒョンウク教授チームが電極表面にビスマス（Bi）をコーティングする方式で、鉄-クロムレドックスフロー電池においてクロムの反応速度を10倍以上高め、同時に寄生副反応を抑制し、電池のエネルギー効率を改善したと明らかにした。

鉄-クロムレドックスフロー電池は、電気貯蔵物質である鉄とクロムが溶解した水溶液を別タンクに保管し、必要時に電極へ流す方式で充放電が行われる次世代電池である。揮発性電解質ではなく水を使用するため爆発リスクが低く、鉄とクロムは安価で埋蔵量も豊富であるため、他の金属ベースのレドックスフロー電池よりもコスト競争力が高い。

問題はクロムの低い反応性と副反応である。クロムの反応性が低いため、より高い電圧をかけて電池を充電する必要があり、水素生成の副反応は充電時に蓄積すべき電子を副反応に消費させてしまう。充電で蓄えたエネルギーのうち実際に引き出せるエネルギーの割合は、充放電を繰り返すほど低下していく。

研究チームは電極にビスマスをコーティングする方式でこの二つの問題を同時に解決し、エネルギー効率を高めた。ビスマスがクロムの酸化・還元反応を速くする一方で、水素発生反応はむしろ抑制する「選択的反応調節剤」の役割を果たすためである。

実際の実験結果では、ビスマスコーティングを施した電池は500回以上の充放電試験においてもエネルギー効率を平均75.22%の水準で維持した。一般的な鉄-クロムレドックスフロー電池は数百回の充放電を経る前にエネルギー効率が40%台に低下するケースが多い。クロムの反応速度も従来電極比で約10倍向上した。また、水素発生副反応が大幅に減少したため、充電時に投入された電子が実際の電池反応に使用される比率であるクーロン効率も99.29%に達した。

イ・ヒョンウク教授は「鉄-クロムフロー電池の商用化を阻んでいた低い反応性と副反応の問題を、電極コーティングという単純な工程で解決できることを実証した」とし、「データセンターなど急増する電力需要に対応できる低コスト・高効率の大容量ESS構築に貢献するだろう」と述べた。

今回の研究は、科学技術情報通信部・韓国研究財団のナノ・未来素材源技術開発事業、個人研究事業、国家科学技術

研究成果は国際学術誌『Journal of Materials Chemistry A』に1月7日にオンライン掲載された。

gorgeouskoo@newsis.com

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原文記事
出所：ニューシース(2026.02.02)

**本内容は上記のウェブ版に掲載されている記事を訳したものです。