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■具体的内容
○バッテリーの劣化原因
バッテリーは、放電後、充電をしないと絶縁性の物質:サルフェ―ション
(※1)が抵抗となり、充放電サイクルの発電効率が著しく低下し、交換が必要となります。
当社のパルス技術を用いて、電極に付着したサルフェ―ションを硫酸イオンと鉛イオンに再溶解させることで、バッテリーを再生させる高性能再生装置を開発・商品化をします。
○市販品の課題 
市販バッテリー再生装置の課題は、①パルスの減衰振動電位差が小さく、②電極抵抗値、及び、硫酸鉛を分解しイオン化する改善効率が低く、③バッテリーの再生効率が不十分という3つあります。また、装置が大型で価格も高いという欠点があります。

当社技術の補足説明
硫酸鉛の除去方法は、パルス電流を印加して分解する方法が一般的です。他社も含めて手法は同じですが、如何にパルス電流を流す時の電位差(電流強度)が重要なポイントです。今回、バッテリーの電極間を逆バイアスにして強制的な電流経路を作成するディスチャージ用コンデンサの新設で最大電位差の実現、また、スパイクパルスの発生をランダム化することで、硫酸分子の共振周波数域を広くカバーできるようにしたことが優位性になると考えられます。


●独自性
① バッテリーの電極間を逆バイアスにして強制的な電流経路を作成するディスチャージ用コンデンサ
② 硫酸鉛を除去するパルス周期を可変にするランダムクロック発生回路
独自性として、バックアップ電源向けなど、非常時対応の電源システムの管理の簡素化のため、電圧モニター機能や異常アラート機能を追加する予定です。

 

(パルスの強度と頻度を増加出来たことを示すデータ、既存商品との比較データ)
課題①高性能化~スパイクパルスが発生する前に一瞬、バッテリーを逆バイアス状態にして強制的に電流を流す経路を設けることで、電位をマイナス側に引き込む効果を持たせることができます。硫酸鉛の分解は、パルス電流を流すことで促進させ、パルス電流の強度を高めることは、PK-PK電位差を大きくすることで実現できます。
また、硫酸分子の共振周波数が2~6MHzと幅があるため、クロック周期をランダムに設定することで硫酸鉛の分解効率を向上させる効果を得られます。
この2点の新規性を持たせることで、鉛蓄電池劣化の改善を行います。

○バッテリー市場について(市場の状況、規模、将来予測等)
【市場動向】
経済産業省の蓄電池戦略プロジェクトチームによると、世界における現在の電池の市場規模はおよそ5兆円程度で、2020年には20兆円に達すると見込まれています。

※リチウムイオン電池:1兆2,000億円(2011年)

 NAS電池:200億円(2010年)
 ニッケル水素電池:2,500億円(2011年)
 
鉛蓄電池:3兆7,000億円(2011年)

当社技術の基本原理~バッテリー性能低下の原因除去と再生
解決法①
バッテリーの電極間に一瞬逆電位が生じるようにするディスチャージ用コンデンサを設けることでパルス電位差を増加させます。
解決法②スパイクパルス発生周期をランダムにして硫酸の共振周波数を広くカバーできるようにすることで電極に付着した硫酸鉛の除去を促進して再生効果を改善します。

 

※1サルフェーション(硫酸鉛)

バッテリー放電時に発生する絶縁性の結晶。電極表面に付着すると電極の抵抗が増し、バッテリー容量の低下・劣化を招きます。硫酸鉛は、放電後すぐに充電すれば電解液に溶けバッテリー性能は劣化しませんが、長期間放置すると硫酸鉛は硬化し、劣化が進みます。

①鉛蓄電池の再生化の推進
②バックアップ電源(医療、サーバー機器等)の管理費の低減を予定しています。
本提案の機器を使用することで、鉛蓄電池の長寿命化(劣化の解消)或いは、バックアップ電源の管理費用(蓄電池の劣化確認及び入替など)の低減を目指しています。

■本提案技術と他の技術との比較

【既存の従来技術の計測データ】
右図は、公開回路で試作した製品及び市販品の動作の波形です。PK-PK電位差は、17V~21V程度となります。スパイクパルス周波数も同じタイミングで発生しています。この周波数は、回路構成時に固定されたもので変更ができません。

【製品に対する優位性を示すデータ】
左図が今回開発しようとしているデモ機器での波形です。
上記の波形と比較して、PK-PK電位差が37Vに改善されていること、及びスパイクパルスの発生周波数もランダムに発生していることがわかります。簡易的に波形を測定。

デモ機のランダム周波数発生回路は、周波数の異なるCR発振器で実現していますが、マイコンでのデジタル化を実施します。また、電圧モニター、異常アラート機能等を付加することで、日常メンテナンスの容易化対応を行うことで産業用途(バックアップ電源等)に適用した機器として他製品との差異化を図り、優位性を高めます。

【市場規模】
 鉛蓄電池の市場規模が3兆7000億円(2011年)で、市場に多く出回っています。この市場に出回っている製品の多くが再生可能でありリユース市場となります。
    
【将来予測】
 リチウムイオン電池の単価が安くなると、鉛蓄電池の需要は減っていく可能性が懸念されます。鉛蓄電池は、一般的に使用される蓄電池で既に広く普及しており、価格も安いので、なくなることはないと推測されます。高性能のバッテリー再生装置の開発、リチウム資源の高騰、リチウム電池の発火事故、等の状況によっては、鉛電池(バッテリー)の再利用率が大きくなる可能性もあります。

バッテリー・リユース技術開発