電池性能の指標 面抵抗

騒がれている割に市場に出てこない全固体電池。ブレイクスルーっぽさを感じるニュースが定期的に出てくるけれど、その発見にはどのような価値があるのか。

最近、次のようなニュースが流れてきた。いわく、電極と固体電解質の界面で大きな抵抗が生じるのが問題だったが、界面抵抗を低減する方法を見つけたという。

東京工業大学物質理工学院の一杉太郎教授、日本工業大学の白木將教授および、産業技術総合研究所(産総研)物質計測標準研究部門の白澤徹郎主任研究員らによる研究グループは2018年11月、界面抵抗が極めて小さい高性能な全固体電池を実現するためには、界面における原子配列が、規則的であることがポイントになることを発見したと発表した。


全固体電池、界面の規則的原子配列が高性能の鍵
eetims 2018年11月27日

ここで見慣れない単位を見かけた。界面抵抗Ωcm2である。調べてみつと、界面での電位降下[V]を電流密度 [A/cm2]で割った単位だった。中学校の理科で勉強する電気抵抗Ωは、回路の大きさを考えていない。実際には、回路の電線が太くすれば電気抵抗は小さくなる。これは単位面積あたりに流れる電流が小さくなるためと考えればよい。すると、材料として電気を通しやすいか否かは電流が流れる面積を揃えてあげないと、公平な比較ができない。このため、単位面積で比較する界面抵抗という単位が用いられる。

界面抵抗を使った簡単な計算をしてみよう。たとえば、以下のような問題を考えてみる。

急速充電時の発熱を見積もるには、電極面積の値が必要である。接触抵抗率[Ω cm2] = 電圧 [V] / 電流密度 [A/cm2]をもとに、日産リーフの電池をモデルに考えてみよう。まず電池パックが2並列であることから、CHAdeMO規格50 kWの充電電流120 [A]は2並列に分かれるのでひとつのセル、電極には60 [A]が流れる。
電極面積はシート形状(261 mm×216 mm)からおよそ500 [cm2]と見積もれるので、電流密度は0.12 [A/cm2]と求まる。
接触抵抗率 5.5 [Ω cm2 = V / (A /cm2)] であれば、界面の電圧が0.66 [V]になるので、界面全体での消費電力は60 [A] * 0.66 [V] ~ 約40 [W]になる。ちなみに、40 [W]というと、オフィスの直管型蛍光灯1本の消費電力と同程度である。

ところで、60 [A]での充電というのは、どれほど電池にとって厳しいことをしているのだろうか。電池容量が1 [Ah]のものと1000 [Ah]のものがあったら、同じ60 [A]という電流値であっても電池にとってのキツさは異なる。そこで、所定の時間で完全に充放電できる電流値を比較の物差しにする。先ほどと同じく2018年現在のリーフの電池をモデルに考えてみよう。定格容量56.3 [Ah]なので、60 [A]なら約1時間で充放電される。1時間で完全に充放電される電流値が1Cといわれる値であり、電池容量に電流の大きさとしては普通の値である。この2倍、3倍、5倍、10倍というような電流値になると、電池にとって厳しいハイレート充電・放電という言われ方をする。

電池パック全体では300 [A]のような大電流で充電したとしても、並列回路で電流を分けたり、広い面積の電極をつかったりすれば、それほど高い電流密度になるわけではない。一方で、電池の大きさはできる限り小さくしたいという要望があるので、このバランスとして車載電池のスペックが決定される。

2018年11月

11月の走行距離は1270 kmでした。

電費は7.3 km/kWhで10月から0.3 km/kWh低下しました。暖房の使用頻度が上がって、消費電力が大きくなっています。

月額2,160円のZESP2に対して、ガソリン149 円/Lとして燃費87.5 km/Lと同等です。

急速充電 14回、普通充電は2回、急速充電1回あたりの走行距離は91 kmでした。

2018年10月

10月の走行距離は1018 kmでした。

電費は7.6 km/kWhで9月から0.7 km/kWh低下しました。寒くなりだして暖房を使ったことや、9月はほとんど遠出をしなかったことが影響しています。

月額2,160円のZESP2に対して、ガソリン153 円/Lとして燃費72.2 km/Lと同等です。

急速充電 11回、普通充電は0回、急速充電1回あたりの走行距離は93 kmでした。

投資で楽して儲けるための情報まとめ

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寄附の税制優遇

寄附金に対しては寄付金控除という制度があり、確定申告することで所得税の一部が還付される。

個人が認定・特例認定NPO法人に寄附した場合

確定申告することで所得税の控除が受けられる。都道府県または市町村が認定している団体については、住民税の控除も受けられる。

国立大学法人に寄附した場合

確定申告することで所得税の控除が受けられる。都道府県または市町村が認定している団体については、住民税の控除も受けられる。国立大学法人等の修学支援事業に対する個人からの寄附に係る所得税の税額控除についてにあるように、各大学の修学支援事業の枠に対して寄附する場合は所得控除に加えて、税額控除を選択することもできる。小口の寄附ではたいてい税額控除の方が所得税の還付が多くなる。

確定申告について

税務署に行くと待ち時間がないので、確定申告書作成コーナーで申告書を作成して郵送またはe-Taxで提出するのが楽である。
郵送で提出する場合は、申告書作成コーナーで申告書を作成すると、最後に印刷すべき書類や添付すべき書類を指示されるので、指示の通りに印刷して郵送すればよい。
e-Taxは本人確認のためマイナンバーカードと対応するICカードのリーダが必要である。ただし、2019年1月より税務署であらかじめ本人確認することで、IDとパスワードを発行できるサービスが始まる予定である。
e-Taxでは寄付金控除の証明書を添付することを求められないため作業が楽であるが、自分で証明書を5年間は保管する必要がある
問題なく処理されれば、4月ごろには税務署から還付金が振り込まれる。

BMW i3の製造工程

BMV i3は、三菱i-MiEV (2010年)、日産リーフ (2010年)とともに、現在のEVブームの初期 (2014年) から日本国内で個人が入手できるpure EVのひとつです。軽量化のためCFRPでつくられたボディ、細いタイヤ、ワンペダルドライブなど、おもしろい特徴を備えています。

BMW i3の製造工程を紹介する動画をYouTubeで見つけたので紹介します。40分と長いですが、なかなか見ごたえがあります。よくこれだけの製造ラインをつくったなと。自動車産業が資本と技術を集積した先進工業国の象徴のように扱われる所以を見たような気分です。

神奈川県EV・FCV認定カード

EV・FCVへの優遇政策としては、購入時に国から補助金が出たり、税金が減免されたりする制度がよく知られている。一方で、各自治体からも補助金をはじめとしたさまざまな優遇が用意されている。

たとえば、神奈川県に住所がある個人や、事務所がある法人には、県営駐車場の料金が割り引かれる制度がある。詳しくは神奈川県の駐車場料金の割引を参照してほしい。江の島や箱根といった観光地に近い駐車場も割引対象になっている。

申し込みには申請書と車検証の写しを郵便またはFAXで県に送ればよい記載例もあるので、申請は難しくない。申請すると1週間弱で認定カードが郵送されてくる。

神奈川県EV・FCV認定カード
金太郎さんは箱根のあたり出身らしい

割引対象駐車場一覧

横浜

三浦半島

鎌倉

江の島 (島側)

江の島海岸~鵠沼海岸

湘南 (辻堂~大磯)

箱根

相模原

丹沢

エネルギー転換への一里塚 九州における太陽光発電出力抑制

2018年10月の土日に、九州の太陽光発電に対して出力抑制がかかった。その規模なんと93万kW、最新の原発1基分に相当する。実にもったいない。なぜ、そんなもったいないことをするかといえば、出力抑制しなければ停電する恐れがあったからだ。
先日の地震をきっかけとした北海道ブラックアウトによって、電力の需給バランスが崩れると大規模障害に陥る危険があることが一般にも知られるようになった。もちろん、このような大規模障害がこれまで発生しなかったのは昔から電力会社が同時同量を維持してきたためである。主に火力発電所が需要に応じて出力を調整することで、社会が必要とする電力に対してちょうどいい量の電力が供給されてきた。需要側の都合に供給側が合わせてきたわけだ。

太陽光や風力といった不安定な自然エネルギーに頼った社会を構築するとなると、供給側の不安定さを織り込んだ電力網を作らなくてはならない。かといって、天気が悪くなったら強制的に消費電力を抑えるシステムなど非現実的だろう。仕事中に急にパソコンの電源が切れたり、製造装置が止まったら仕事にならない。結局のところ、需要側に合わせて供給側が動く立場は変えられない。

再生可能エネルギーを利用した発電が不安定というならば、電気を貯めておく仕組みを取り入れればいいと考えるだろう。ところが、電力を大規模かつ安価に貯蔵できる技術はなかった。それゆえに需要に合わせて同時同量の電力をつくるしかなかった。「なかった」と過去形で書いているのは、ようやく電気を貯めることができるようになりつつあるためだ。リチウムイオン電池の大容量化と低廉化はまさにその象徴である。現在のEVブームは、ようやく車を動かすくらいの大電力を蓄えられる電池が登場したことに端を発する。再生可能エネルギーの出力安定化のような電力網に接続する蓄電池あれば、EV用の電池がエネルギー密度を重視するのに対して、容量とコスト (耐久性を含む) に重きが置かれる。日本ガイシのNAS電池住友電工のレドックスフロー電池といった別方式の蓄電池が使われることもあれば、フライホイールを使って物理的に電力を貯蔵する方式も実証試験が行われている。いまさら騒ぐほどのことでもなく、太陽光や風力は不安定であるという前提のもとで、数十年前から地道な技術開発が行われてきている。おかげで、ようやく蓄電システムのコストが現実的なところまで下がってきた。

ここで冒頭のニュースを振り返ってみると、ある意味では滑稽な感じがするが、実は良いニュースであることがわかる。太陽光発電が普及すれば、それこそ火力発電も原子力発電も要らないくらいに普及すれば、必ず太陽光発電の出力調整を必要とする。逆に、既存の発電所の出力調整で間に合っているうちは、太陽光発電の量が小さいことを意味している。九州で太陽光発電の出力抑制が発動したのは、それだけ大規模に太陽光発電が普及した何よりの証拠といえる。ただ、残念なことに、出力抑制が必要になることなど目に見えているのにも関わらず、十分な蓄電池システムが予め整備されていなかった。九州電力は蓄電池と揚水発電、さらには本州への送電によって昼間の余剰発電量を吸収したが、それでも容量が足りなかった。だが、これは仕方ないことではある。人は痛い目にあわないと、対策をしない。

メガソーラーを設置するような大規模太陽光発電事業者は営利のために太陽光発電をしている。蓄電システムの設置は余計なコストであるから設置しないというのが合理的な判断だ。営利目的だからこそ事業者が勝手に規模を拡大してくれるので、営利目的が悪いわけではない。営利目的の事業者が社会にとって望ましいふるまいをするようなルール作りこそが必要なのである。まさに固定価格買取制度が太陽光発電を普及させたように。その意味でいえば、蓄電システムを設置しなければ、蓄電のコスト以上に利益が目減りする状況になればこそ、蓄電システムを備えた太陽光発電所が普及することになる。九州はその段階に達しつつある。

再生可能エネルギーをより一段と普及させるには、蓄電を含む配送電のシステムを構築することが不可欠だ。そして、日本が特に遅れているわけではない。この界隈ではよく知られているように、ドイツがあれだけ再生可能エネルギーを導入できたのは、欧州全体に広がる電力網を通じて近隣諸国に「売電」することができ、逆に天候が悪いときは買電することで同時同量の帳尻を合わせることができたためだ。ドイツ国内で脱原発といいながらフランスの原発から電力供給を受けている。また、電力需要地である南部の工業地帯と風力発電が盛んな北部をつなぐ電線が貧弱で、ドイツ国内でバランスが取れていないことも問題となっている。このように再生可能エネルギー先進国とみなされるドイツでさえ、難しさをかみしめつつ進んでいる。日本も着実に前進しているからこそ、新しい問題にぶつかっているといえよう。

ところで、冒頭の記事にはドイツの例として余剰電力で水素を製造し、天然ガスのパイプラインに混合させる利用法が紹介されていた。この例から日本でも水素の状態で蓄えることが良いという考えが浮かぶだろう。なんといっても日本にはFCVの旗振り役であるトヨタがいる。しかし、水素ガスは貯蔵性が決して良くないことは覚えておく必要がある。水素はあまりにも小さいため、金属製の容器では金属原子間に入り込んでしまうことが知られている。このためFCVの水素タンクは炭素繊維で作られている。水素を製造して、貯蔵する技術については、製油所のような大規模な水素ガス取り扱い施設での水素の扱いが参考になるかもしれない。

西伊豆スカイラインの星空#2

以前、THETA Sの発売日に西伊豆スカイラインで星空撮影をしました。カメラをFUJIFILM X-T2に更新し、さらには簡易赤道儀まで購入してしまってから、同じ場所で天の川の撮影をしたいと思いつつも条件がそろわない日々が続いていました。天の川を撮影するには、月が新月または沈んでいる時間帯において、 光害が少ない撮影スポットが快晴であり、かつ翌日が休日であること(撮影で徹夜になるため、翌日に仕事があるとキツイ)が望ましいわかけです。久しぶりに星空撮影に適した日がありました。
星空撮影の条件については以前のまとめをご覧ください

2018年10月7日。本当は美ヶ原高原に行こうと思ってGPVを見ていたところ、長野は天気があやしいのに対して西伊豆が快晴になる時間帯があると気づきました。カメラはFUJIFILM X-T2、三脚と赤道儀ポラリエを携えて土肥駐車場に向かいました。

これだけ条件が揃っている日ならたくさん人がいるだろうと思ったら、案の定車が何台も停まっていました。中には、反射望遠鏡を持ってきている集団も。駐車場は人が多いと伽藍山に登って撮影されていた方もいる様子。せっせとこちらも撮影準備を始めます。

なお、本ページの画像は撮って出しからクロップまたはリサイズしたものです。

まずはゴージャスな天の川と夏の大三角形。ポラリエの軸合わせが少し適当なところがありますが、ただカメラを三脚に固定しただけのときとは印象が違います。

天の川と夏の大三角形

今回は撮影よりも同行した星座マスターの友人に星座を教えてもらうのに時間を使い、それほどたくさんは撮影できていません。THETA Sとポラリエを組み合わせたら、どんな写真が撮れていただろう。

22時ごろから雲が出てきましたが、このまま待っていれば冬の星座も見えるかもしれないと午前1時まで車中で待機しました。雲が出ていない時間を狙うと、はっきりとオリオン座の姿を見えることができました。観察をはじめたころは東の山の端にあったすばるが天高く上っています。

冬の天の川とオリオン座方面

この日はペガスス座が終始よく見えていました。同行した友人が、もしかしたらアンドロメダ銀河も見えるのではないかというので、アンドロメダ銀河の場所を探してみると、肉眼でもぼわっとした明るい領域が見えるではありませんか。
カメラのレンズを望遠に換装、がんばって視野を合わせます。

アンドロメタ銀河方面
XC50-230 mmの広角側で撮影
M31アンドロメダ銀河付近を拡大

アンドロメダ銀河までの距離は230万光年。夜空を埋め尽くす星々が、肉眼で見えるものに限って言えば、ほとんど天の川銀河の腕の一部でしかないことを思い出すと、別の銀河の光が見えるという体験は特別なものです。

2018年9月

9月の走行距離は329 kmでした。

電費は8.3 km/kWhで8月から1.0 km/kWh改善しました。9月は気温が落ち着いてきたのでエアコンの消費電力が抑えられたのと、忙しくて遠出をしなかったので高速走行がなかったのが理由でしょう。

月額2,160円のZESP2に対して、ガソリン147 円/Lとして燃費22.5 km/Lと同等です。あまり距離を走らないと、EVのコストメリットは弱くなります。

急速充電 3回、普通充電は0回、急速充電1回あたりの走行距離は110 kmでした。