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2019年04月16日 07:01

リチウムイオン電池の限界と次世代のバッテリー開発競争(後)

日韓ビジネスコンサルタント 劉 明鎬 氏

 リチウムイオン電池は、有機化合物を電解液として使用しているため、高温になると発火する危険性があると指摘した。この電解質を、液体電解質のようにイオンの移動が自由にできる固体にする方法はないかという研究が進められている。電解質のなかでリチウムイオンが自由に移動できなければ、充放電が十分できなくて、電池としては性能が落ちることになる。ところが、リチウムイオンの移動が自由にできるだけでなく、固体で高温にならない、安全なバッテリーが全固体電池である。現在、世界的な電池会社をはじめ、完成車メーカーまでが競って、開発競争を行っている。

 全固体電池は安全性の確保だけでなく、もう1つのメリットである小型化も実現できるとされる。現在のリチウムイオン電池は熱に弱いため、急速充電などをするときに、熱を逃がすために、電池の周囲に隙間を置いて電池を搭載していたり、冷却装置を一緒に入れたりする場合が多い。一方、全固体電池は熱に強いので、この隙間を小さくしたり、冷却装置を省いたりすることが可能となり、小型化の実現ができるという。

 このように全固体電池は安全性の確保、小型化の実現、高温に耐えられるので、高エネルギー密度が実現する、広い作動温度が得られるなどのメリットが挙げられる。

 次世代のバッテリーとして注目を集めているもう1つの技術は金属空気電池技術だ。金属空気電池は、正極では、空気中の酸素を活用する。大気中にほぼ無尽蔵に存在する酸素を活用するため、正極の反応物質の重量を理論上はゼロにできる。電池の重量は、電極と電解質の重さが大部分を占めるので、片方の重量をゼロにできる金属空気電池は、エネルギー密度を飛躍的に向上できる可能性があるために注目を集めている。

 現在言われている金属空気電池のエネルギー密度は2700Wh/kg程度だ。この金属空気電池が実現すれば、重さはリチウムイオン電池に比べて半分以下で、寿命は3培以上のバッテリーになるという。しかし、まだ課題もあり、金属空気電池の開発までに後数年はかかりそうだ。

 最後に、負極の材料にシリコンが検討されているという話をしよう。現在負極の材料には主に黒鉛が使われている。ところが、シリコン元素は炭素元素に比べ、約20倍の量のリチウムイオンを蓄えることができるという。負極材を黒鉛の代わりにシリコンにすることで、4倍以上エネルギー密度が高まると言われている。しかし、これにも課題がある。シリコンには膨張しやすい性質があり、充放電を繰り返すうちに、ナノ粒子が破壊されて、充電性能が著しく低下する傾向がある。この課題を解決できない状態では、100回くらいの充放電しかできないようだ。これでは製品にならない。

 しかし、この課題についても世界各国で研究が進められ、7,000回を実現したという報告も入っている。スマホの場合、バッテリーの性能が向上すれば、充電を気にせず、もっと自由にスマホを使えることになるだろう。電気自動車もバッテリー性能の向上如何によって、その普及の度合いが決まるのではないだろうか。

 次世代のバッテリー技術開発をめぐって、日本、韓国、アメリカ、中国の開発競争は激しさを増している。次世代の電池はどこが最初に出してくるだろうか。目が離せない。

(了)

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