【記者特集】"半分"固体に商機あり!?「いいとこ取り」次世代電池の可能性は

 

EV=電気自動車の開発競争が激しさを増す中、EVに必要不可欠な「次世代の電池」の開発も、各社がしのぎを削っています。

 

しかし、量産化の技術は確立されておらず、実用化にはまだ時間がかかるとみられているのも事実です。

そうしたなかで、山形大学などが、安全性にもすぐれ、量産にも適している新たな電池を開発しました。

 

「いいとこ取り」の発想から生まれた新たな電池、その可能性を取材しました。

 

「2030年に350万台の販売を目指す」

 

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2021年12月にトヨタ自動車の豊田章男社長が会見で語ったことばです。このことばに表れているように、今世界では、急速な「EVシフト」が進んでいます。

 

 

普及の鍵は次世代電池

 

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EVの普及の鍵を握っているのが電池の性能で、特に日本国内の自動車メーカーが開発に力を入れているのが、電気をためたり放出したりするのに必要な電池内部の「電解質」に固体を使った「全固体電池」です。

全固体電池は、現在のリチウムイオン電池に比べ、蓄えられる電気の量の指標となる「エネルギー密度」を3倍に増やせる見込みです。

その一方で、充電にかかる時間は3分の1に短縮でき、コストも抑えられると期待されている「次世代の電池」です。

ただ、量産技術が確立されておらず、実用化にはまだ時間がかかるとみられています。

 

 

リチウムイオン電池にも課題

 

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それでも、各企業が全固体電池の開発に力を注いでいる理由の1つが、高い安全性にあります。現在も車に使われている「リチウムイオン電池」は「電解質」に可燃性の液体が使用されていて、ショートを防ぐためプラスとマイナスの電極の間に「セパレータ」という部品が組み込まれています。

現在のEVには、そうならないよう電池や車体本体に対策が取られていますが、衝突事故などの強い衝撃によって「セパレータ」が壊れ、電池が内部でショートしてしまうと、温度が上昇。その結果、液体の電解質が気化して発生したガスに引火してしまうリスクは避けられないのです。

 

 

まずは安全性を高めた電池を

 

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そこで、山形大学、大阪市の化学メーカー、米沢市の電池ベンチャーが共同で開発したのが「半固体電池」。「電解質」に、液体と固体の中間ともいえるゲル状の物質を使っているのが特徴で、リチウムイオン電池に比べて発火のリスクを大幅に減らせるのが最大の特徴です。

 

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電池に釘を刺して、意図的に内部をショートさせる実験の様子です。リチウムイオン電池からはすぐに煙が出ましたが、半固体電池には特に変化は見られません。

開発の中心となった、山形大学の森下正典准教授は、開発になお時間がかかるとみられる全固体電池へのつなぎ役が必要だとして、半固体電池の開発を始めたといいます。

 

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「電池の業界では全固体電池を主力に開発が進んでいますが、商品化はまだ少し時間がかかるのかなと。全固体電池が商品化するまでの間にリチウムイオン電池の安全性というのは高めていかないといけないこともあり、今の液体の電池と全固体電池の真ん中ぐらい、半固体電池というものがマッチするのではないかと考え、開発を進めてきました」。

 

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森下さんたちは量産化に適していて電池としての性能も申し分ない

半固体電池の実現を目指しました。ゲル状の電解質をつくるための

原材料の組み合わせを本格的に探し始めておよそ1年。タッグを組む化学メーカーが開発した化学物質「特殊ポリエーテル」を使うことが、半固体電池に適していることを突き止めました。

 

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この物質を使うことで、電池の耐久性もあがりました。

従来のリチウムイオン電池は、500回充電と放電を繰り返すと、ためられる電気の上限は、新品のときに比べると2割ほどまでに低下していました。一方、半固体電池は、500回繰り返したあとも、ためられる電気の上限は新品のときの8割を維持できていたのです。

さらに、既存の製造ラインを使って生産できるため、製造コストの面でもメリットが大きいといいます。

 

 

まずは身近な機器に

 

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こうした研究が実り、半固体電池の特性を生かした具体的な製品として来年度(R4年度)中には充電機能を備えたスマホケースが発売される予定です。

 

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それだけではなく、半固体電池を使った首にかけるタイプの扇風機や、頭のこりをほぐすマッサージ器などの製品化にも動き始めています。高い安全性に加え、ゲル状の物質を使うことによって、曲げることもできるという半固体電池の長所を生かした家電製品を作ろうというのです。

 

「ウェアラブル機器は肌に身に着けるもの、非常に身近にあるものなので、そこにある電池が燃えるというのは事故につながります。そこに燃えない電池が使われるのであれば、安心してものを使っていただけますので、非常にマッチするのかなと考えています」。

 

 

大型化しEV用を目指す

 

森下さんたちの最終的な目標は、EV用の半固体電池の実現です。

低温などの環境では使用できる時間が短くなってしまう点などの改善や、電池自体の大型化を進めて、2020年代後半には、EV用の半固体電池を実現したいと、研究を進めています。

 

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「まだ改善しなければいけない部分がたくさんあるのかなと思っています。1つは低温ですね。山形は特に寒い地域ですので、こういった所でも安心して使えるような電池というのは作りたいなと思っています。欠点をいち早く改善して、より使いやすい電池というのを世に出していきたいなっていうふうには思っております」。

 

全固体電池が実用化するまでの「つなぎ役」として開発が進められてきたという半固体電池。「つなぎ役」とはいえ、その意義は決して小さくないと感じます。

安全性などに優れる山形発のこの電池が、私たちの身の回りにあふれている、そんな日常を期待したいと思います。

 



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山形局記者 | 投稿時間:18:41