研究道具箱 カードと研究

私たちの身の周りには、リチウムイオン電池やニッケル水素電池、鉛蓄電池など、さまざまな電池があります。実はそれぞれに長所と短所があり、適材適所で利用されています。その中で、リチウムイオン電池は、エネルギーを大量に蓄えられて、出力が大きいうえ、繰り返しの充電・放電にも劣化しにくいなど、複数の利点を兼ね備えており、現在最も幅広く使われています。

一方、他の材料を使った電池でも、研究を進めれば、既存の電池の性能を一部だけでも超えることができる可能性があります。環境負荷の低さや安全性に特化した電池、同じ質量・体積でより大きなエネルギーを蓄えられる電池、自己放電をせずに長持ちする電池など、特定の性能の向上を目指し、さまざまな種類の次世代蓄電池の開発が進められています。

電池開発の要は、正極（プラス極）と負極（マイナス極）の材料の組み合わせです。私たちは電池の固定概念を覆し、マグネシウムなどを負極に使う「多価カチオン電池」や、負極に亜鉛、正極に空気中の酸素を使う亜鉛空気電池、ブドウ糖やメタノールを燃料に用いる電池など、さまざまな組み合わせに挑戦しています。

用途にあわせ、個性豊かな次世代蓄電池が次々と提案されるでしょう。1種類の電池に依存しなくてすめば、必要な資源や元素を分散でき、電池の需要がこれから急激に増えても供給しやすくなります。加えて、余分な機能を持たせない分、安く本来の目的を達成できるようになります。

例えば、マグネシウム電池は、リチウムイオン電池に比べて反応が遅いため、車載用電池としてはかないません。しかし、単位質量・体積あたり、より多くのエネルギーを蓄えられる可能性があるため、電気を一時的に蓄える「定置用電池」に使えそうです。停電時のバックアップ電源としての用途はもちろん、再生可能エネルギーで作った電気をいったん蓄え、需要にあわせて電力網に入れるしくみの基盤になるかもしれません。

また、ブドウ糖を使った電池は、医療用の体内埋め込みデバイスへの応用が考えられます。例えば、心臓ペースメーカーを想像して下さい。現在は、充電できない使い捨てのヨウ素リチウム電池が使用されていますが、ブドウ糖の酸化分解反応を発電に利用すれば、半永久的に動作する代替電池として使えるでしょう。ブドウ糖は体内のいたる所に存在するため、応用の幅が広いと期待されています。

例えば…

蓄電池で電力の需給バランスを整える。

小さな発電量に適した蓄電池を設計し、電気を効率良く使用する。

電気を多量に蓄えられる金属と酸素を用いて発電し、充電せずに長時間海中探索ができる。

電極材料の他、電極に効率的に電流を流すための集電体金属や、電極を隔離するためのセパレーター、電池内部の気密を保つガスケット、電池外装材なども重要なパーツ。