サイエンスZERO|一分で充電可能!?誕生!夢の全固体電池

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一分で充電可能!? 誕生!夢の全固体電池

電池の性能を極限まで使う電気自動車レース。 でも、この極限状態も、もうすぐ終わるかもしれません・・・。 実は、日本の研究者が執念を燃やし30年かけて全く新しい電池を開発したのです。

それが、全固体電池

リチウムイオン電池の3倍もの電気をためられ、高温でも使える夢の電池です。 今までと概念が全く変わる電池が今回のテーマです。 全固体電池

優れた点が全部で3つありまして、  
①熱に強くて安全だということ。
②容量がおよそ3倍に増えるともいわれています。
③充電にかかる時間は1/3にまで縮められるのではないかと。

何でそんな魔法のような事が起こるんですか? それは、材料を全部個体にしたからなんですよ。

リチウムイオン電池の仕組み。

電解質は液体がつかわれています。 電球をつなぐとマイナス極にあるリチウムが電子とリチウムイオンに分かれ、電子が回路を通ることで電気が流れます。 さらに、充電器をつなぐと逆の反応が起こり、充電もできる。 これが、リチウムイオン電池の画期的なところなのです。

リチウム電池って、凄いですね。

ただ問題もあるんです。 一つは漏れてしまう事なんですね。それを防ぐために丈夫な箱やセパレーターが必要。 そうすることにより、電池自体が大きくなる。 液体の中にはいろいろなものが溶け込んでいるので、高温になると化学反応を起こして、よけいな物質が電極に付いてしまう。

すると、中を通っていたリチウムイオンが移動しずらくなり、劣化につながる。

液体が全て個体になると、リチウムイオン以外も移動しないので、熱に強くて電気自動車にむいていると。

大きさは小さくなり、熱に強くなる。

目標としては、2020年代の前半およそ5年後までに全固体電池の電気自動車の実用化を目指している。

いまは8合目辺り。前人未到、ここまでに30年以上の研究の月日が費やされたわけです。

全固体電池を開発したのが、東京工業大学の菅野了次さんです。

実は、菅野さんが全固体電池の研究を始めて10年くらいしたところで、大きな出来事が。

液体を使ったリチウムイオン電池が実用化されたのです。 開発者の一人吉野彰さんは今年日本国際賞を受賞。 今やノーベル賞候補の一人にも挙げられています。

 

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そんな中菅野さんは全固体電池にこだわって研究を続け、実用化の一歩手前まで来ました。

その背景には3つのブレークスルーがありました。

①固体電解質の発見
30年もかけて、1000種以上の電池を試した。 そしてついに、2011年固体電解質を発見。

②ゲルマニウムに代わる妙案とは?
ゲルマニウムは高いためもう少し使いやすい元素に置き換えるということが次の課題としてありました。

2011年に見つかった固体電解質はリチウム、ゲルマニウム、リン、硫黄の4つを使っていました。 そこで、注目したのがシリコン、ガリウム、ヒ素、スズです。 近くにある元素は近い性質を持っている。

なかなかうまく行かないなかで、塩化リチウムを使った時にイオン伝導率が少し良くなるように思えたのです。 そして、ゲルマニウムの代わりにシリコンを使いほんの少し塩素を添加したところそれまでの性能をしのぐ、固体電解質が2016年にできたのです。

電池の性能を調べるとゲルマニウムのものの3倍もの電気を流すことができたのです。

熱も500度まで安全。100度の環境で充電と放電を1000回繰り返しても全く劣化しなかった。

リチウムイオン電池は60度以外で使うように設計されています。

③界の課題をクリアする技術とは?

固体電解質とプラス極の間に数ナノメートルの膜を入れることで、この状態で電池を作り、調べてみると、膜をつけただけで600W、3倍以上のになったのです。

まだよくわからないこともあるのですが、界面の問題解決することで、9合目まで行ったとおもいたいんですけども。頂上に近くなればなるほど厳しくなる。

電池そのものに仕上げるということは、どのようにして 電池を組み立てるかというプロセスの技術開発が必要になります。

そこが今大きな課題になっています。

固体電池のプロジェクトとしては、今現在国が手動で自動車メーカー、電池メーカー、電気メーカーが集まって電気自動車っていう形になっていますけれども、まあ、いろんな発想が多分広がると思います。

全固体電池で人びとの生活が変わっているところを見たいですね。

実用化できて、我々の世界がもしそれですこしでも変わるんであれば、この基礎研究に携わっている研究者としてはもう、大変ハッピーですね。

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