次世代電池”「全固体電池」って一体なんだ?

ライフスタイル

まもなく実用化が目前となっている「全個体電池」

ニュース等で見聞きしたことがある人も多いかと思います。

しかし、全個体電池自体がなんなのか、というところまではなかなか掘り下げる機会もありませんよね。

今回はどういったものなのか、というのと今後どのように活用されるのかを詳しく解説していきたいと思います。

スポンサーリンク

全固体電池とはどういう物?

電池とは陽極(+極)と陰極(-極)、そして電解質(電解液とも)の3つが揃うと作る事が出来る…という説明を理科の授業などで聞いた覚えはあるでしょうか。

理科の実験で、オレンジやレモン、或いはビーカーに満たしたジュースや酢といった液体に2種類の違う金属…銅とアルミなど…を差して銅線で結んだ豆電球が付いた、という実験を思い出す方も居られるかもしれません。


この3種類の素材を組み合わせて電気を起こす仕組みを発案者の名称から「ガルバニ電池」と言い、今日の乾電池から工業用電池などにまで至る「電池」と呼ばれるものを形作る基本的な理論となっています。


ここで重要なのは、ガルバニ電池の仕組みを使って実用レベル以上の電力を発生させるには、電子を媒介させる為に金属イオンを溶かし、陰極と陽極に互いの金属イオンを結合させる必要がある為、液体を用いる必要があったという点です。


この陽極、陰極、電解質の全てを固体で作ったものが「全固体電池」と呼ばれるものであり、非常に難しいものとされ現在に至るまで研究が続けられているものです。

スポンサーリンク

全固体電池とは何がすごいのか

先の見出しで触れたように、従来の電池は何処かに液体の要素を用いないと作れないものでした。


これは乾電池と呼ばれる(中身が乾燥しているようなので”乾”電池と呼ばれます)ものでも同様です。


古くなった電池をずっと放置していたり、無理に使おうとすると、中から沸騰した液が漏れて間一髪という経験をした人も居るかもしれませんが、これが「液漏れ」と呼ばれる現象で、電池がどうしても抱えてしまう欠点として頭を悩ませてしまうものでした。


また、発生させる電力を大きくしたいと思うと、電解質に溶かす金属イオンの量を多くするという目的から、強い酸性やアルカリ性の電解液を用いる必要に迫られる事となりますが、当然ながらこうした薬液は生体に対して有害であり、危険性が高くなってしまうという問題もあります。


この点は、特に自動車用の大型蓄電池(鉛蓄電池やリチウムイオン電池)について顕著な問題として、長らく電気自動車の高性能化を阻む大きな壁となっていました。


また電池の小型化に際しても、スマートフォンの発火事例が報告されますが、これは電池を小型化する事で、絶縁性を講じる事が難しくなったり、内蔵されたリチウムが空気に触れて反応してしまった結果起きる問題として、携帯性の高い精密機械に付きものの問題となってしまっています。

更に液体という事で、長期間の保存が難しく、蒸発や変質によって気付かない内に使えなくなってしまうという問題もある為、災害用の非常電源などへの備蓄資源として期待される電池に対して大きなハードルとなっていました。

全固体電池はこうした問題に対し、従来の電池が抱えていた問題点を大きく改善するものとなる期待が寄せられているのです。

スポンサーリンク

全固体電池の研究が進んだ背景

一方でリチウムイオン電池の発展などから、少なくとも平時においては十分安定して利用が可能な物資となっていた電池が、全固体電池という難しい研究がここに来て大きく取り上げられるようになった理由とは電気自動車への期待…所謂「EVシフト」という自動車業界の動向です。

現在、ヨーロッパや中国が政治的な動きとして宣言したこの電気自動車への大転換は、現在の自動車に匹敵するだけの安全性と安定性、長距離走行と燃費(蓄電性能)を全て備える為の索として、全固体電池の実現に目標を定めたとされます。

と言うのも、リチウムイオン電池は現行使用されている電池の中では突出して高い性能を持つものの、空気中に放置すれば即座に爆発的発火を起こすリチウムという金属を使用する必要性から、大量生産へのハードルがやや高いという欠点が指摘されます。

また、リチウムは現状安定して供給出来る産出元が世界でも限られた場所にしか無く、既にスマートフォン等のIT機器を始めとする需要が加速度的に増大している事からも、自動車のような大型・大容量の電池には代替品の準備が不可欠という状況になった為となっています。

スポンサーリンク

全固体電池の展望

2019年6月、全固体電池の開発には自動車産業を始め、大手電機産業が名乗りを挙げて開発を急いでいます。


村田製作所がリチウムイオン型全固体電池のサンプルを出荷、続いてウェアラブル端末用の電池を2020年の量産に向けた体制を整えているとのニュースが報道されました。


同系統のものをTDKも開発しているとされ、ウェアラブル端末用の小型電池ではこの2社が先を争っている状況と言えるでしょう。

電気自動車用の大型電池としては、トヨタ自動車とパナソニックが2020年末までに共同会社を設立、研究開発を急ぐとしている方針が発表されています。


また、同時点ではベルギーの研究開発機関がリチウム型全固体電池のエネルギー密度を従来の2倍へ高める事に成功したとの報道が為されるなど、電気自動車への実用へ向けた国際的な競走も勢いを増していると言える状況にあります。

ウェアラブル用の小型電池にはいよいよ実用化の目途が立ったと言える現状から、今後は更に研究開発の加速に伴う競走が激化する気配を帯びてきた自動車産業における全固体電池の動向が注目ポイントと言えるでしょう。