日本製紙開發「木製電池」,未來可望應用於小型電子機器

 

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日本製紙成功地利用「木製電池」點亮了LED燈泡,其特徵在於以木材做為原料,無須使用供需態勢日趨緊張的稀有金屬。雖然此次的點亮時間只有7秒左右,但日本製紙將進一步提高容量,期於2023年達到應用於小型無人機電池、2030年智慧型手機的實用化目標,更計畫未來適用於電動車用途。

「木製電池」係利用了從製紙原料「紙漿」中取出之「纖維素奈米纖維(CNF)」製成的蓄電體,加工成薄膜狀後以鋁箔包夾成為電極。主要應用了日本製紙與東北大學在2021年3月發現的研究成果,利用電子會附著在CNF表面的不平整處以藉此儲存電力的特性進行充電和放電。而此項特性與即使充放電數百萬次也不會劣化的物理電池「電容器」是同樣的道理。

在照明實驗中利用20平方公分CNF製成的電池厚度為0.05毫米,重量為0.15克。由於LED小型燈泡(電壓3V、電流0.025A)點亮約7秒,因此表示蓄電性能的重量能量密度約為1.0 Wh/kg。日本製紙也表示過去曾出現過10倍性能的數值(10 Wh/kg),僅單純計算數值的話,分別是主流鋰離子電池的1/200與1/20。

今後日本製紙計畫在2022年度內將CNF的最佳形狀、薄膜加工方法等基本規格予以確定,並於2023年展開屋內小型無人機的電池試作品計畫,且預計在2025年舉辦的大阪萬國博覽會中展示之後推動正式商業化,期於2030年達到智慧型手機、家電等用途的實用化目標。不過日本製紙的最終目標是電動車用途的應用。日本製紙的電池核心不使用稀有金屬,且由於是木材成分,將可有效活用佔日本國土3分之2的森林,原料將能透過植林予以再生。此外,減少對重要礦物的依賴,將能有助於降低對國家經濟安全保障構成的威脅。

將CNF應用於電動車的課題之一為蓄電量。今後日本製紙將持續探索透過堆疊CNF薄膜以增加蓄電量的方法,並著手開發將CNF加工成厚度均一以防止燃燒的片材加工技術,另將與電池、機器製造商等業者共同建立開發體制,以期早日達到實用化目標。目前CNF的主要用途為食品、洗潔劑等的添加劑用途,使用量有限,若能將其做為電池核心材料的話,使用量將能急速擴大。日本製紙也計畫2030年財政年度的合併銷售額要達到1兆3,000億日圓目標,相較於2020年增長29%,其中包含CNF在內的新素材則預期將有650億日圓。


資料來源: https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC254LK0V21C21A1000000/
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