βアルミナ固体電解質

βアルミナ固体電解質（ベータアルミナこていでんかいしつ、英：Beta-alumina solid electrolyte,BASE）とはイオン導電体材料（固体電解質）で半透膜として複数の溶融塩電解質電池に使用される。 代替品は知られていない。

βアルミナは酸化アルミニウム (Al₂O₃) の同素体ではなく、ナトリウムを含んだ酸化アルミニウムを同素体と誤解して命名されたものである。通常は、Na₂O-11Al₂O₃の組成で知られ、結晶やセラミックスとして得られ、固体でありながらナトリウムイオンが移動できるため、固体電解質と呼ばれている。Na⁺, K⁺ , Li⁺ , Ag⁺ , H⁺ , Pb₂⁺ , Sr₂⁺またはBa₂⁺のイオンなどが移動する。 構造は、アルミナブロックが作る二次元の層間にナトリウムイオンが分布し、その層間をナトリウムイオンは高速で移動する(超イオン導電性)。アルミナブロックの重なり方により、β-aluminaとβ"-alumin(βダブルプライムアルミナ)の二種類が存在する。

BASEはフォード自動車が電気自動車のバッテリーとしてナトリウム・硫黄電池（NaS電池）を開発する過程で最初に開発した。NaS電池は陽極に硫黄、陰極にNaを活物質として使用する。βアルミナは高温でナトリウムイオン伝導性を持つので電解質として使用される。300℃ で作動し、両極とも液体であるが電解質は固体である。内部抵抗は低く保たれ NaS電池は優れた特性を示す。充放電により継続的に使用できる。その後、日本ガイシなどが定置用の大規模蓄電池として研究開発を行い、NAS電池の名称で商品化に成功した。既にいくつかの商業施設では停電対策や負荷平準化に用いられている。最近では、太陽光や風力などの自然エネルギーの欠点である、電力のゆらぎを吸収する平準化用として、あるいは夜間電力を蓄電し昼間のピーク需要時に放電するピークシフト用として注目を浴びている。

βアルミナ固体電解質の性能、耐久性がナトリウム硫黄電池の鍵を握っているといっても過言ではない。

ZEBRA電池にもβアルミナ固体電解質が用いられる。その場合、350℃、200MPa の高温高圧化で使用される。電解質の厚みはわずか 1.25mm である。低価格で10年間の耐久性を要求される。電気自動車の場合だと振動、急激な負荷変動充放電にも耐える必要がある。多くの場合ゾルゲル法で製造される。

BASEはアルカリ金属熱電変換機 (AMTEC) にも使用される。AMTEは高効率の直接熱から電気に変換する素子である。BASE膜を透過する時に発電する。BASEはいくつかの溶融炭酸塩型燃料電池でも使用される。

脚注

• Hybridization and Cogeneration with Concentrated Solar Radiation (CSR) Technology
• The alkali problem in the crystal structure of beta alumina
• BETA ALUMINA - PRELUDE TO A REVOLUTION IN SOLID STATE ELECTROCHEMISTRY