「欠陥」が成功のカギ？！全固体電池の開発

充電時間が短いのに長持ちする電池とは

あなたのスマホのバッテリーは、1回の充電で、通話時間や使用するアプリなどにもよりますが、だいたい2日しかもたないのではないでしょうか。サイズは同じなのに、1回の充電でこれまでの何倍も長持ちして、充電時間は短く、しかも劣化しにくいバッテリーが開発されれば、エネルギー分野における大きな一歩となるでしょう。そんな可能性が期待されているのが「全固体電池」です。

「取り扱い要注意」なスマホのバッテリー

スマホなどに使われているバッテリーは、リチウムイオンが電解液を介して、正極・負極の間を移動する「リチウム二次電池」です。通常の乾電池の電圧は1.5ボルトであるのに対し、リチウム二次電池は3.7ボルト程度なので、同じ電流を流した場合でも多くの“仕事”をします。しかも、充電量に対して小型・軽量に作れるため、近年はあらゆる製品のバッテリーとして使われています。しかし、その高い電圧に耐える電解液は引火性が高く、バッテリーケースに密封されているので、場合によっては発火・爆発事故につながる恐れがあります。また、落としたりぶつけたりして破損すると、電解液の液漏れなども生じて不便です。

「欠陥」が意外な用途で役に立つ

一方、全固体電池はその名の通り、正極・負極はもちろん、電解質も固体なので、液体を持ち運ぶことによるさまざまなリスクを回避できます。ただ、リチウムイオンが自由に移動できる電解液と違い、イオンが強く結合している固体の中で、イオンを移動させるのは簡単ではありません。ポイントになるのは、結晶中の「欠陥」です。イオン結合の一部が切断され、イオンが入り込める欠陥、つまり「すき間」が適度に空いている状態を作り出せば、固体の中を狙い通りにイオンが移動できるわけです。そういう状態を作り出す、あるいはそういう特性の材料を生み出すための研究が、機能材料学の分野で積極的に進められています。また、これら最先端の電池研究は脱炭素の鍵となる研究分野です。

参考資料

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東北大学工学部材料科学総合学科教授高村仁先生

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機能材料学

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