全個体電池をご存知でしょうか。
通常、電池には液体が使われています。
しかし、全個体電池は、文字通り固体しか使われていないのです。
これまで全固体電池は実際の商品化が難しく、実用化が困難とされてきました。
そんな中、日本で全固体電池の実用化が実現する可能性が出てきたのです。
全固体電池とは？
では全固体電池とはどのようなものなのでしょうか。
ここでは全固体電池について詳しくご紹介します。
現在、使用されている電池は、電解質が液体です。
電池は電極をイオンが移動することでエネルギーが起きる仕組みです。
ではなぜ液体なのか。
それは、イオンの移動がスムーズな方が、電気のエネルギーを高めることが簡単なため、電気の電解質には液体が使われているのです。
しかし、液体の電解質の代表格である、リチウムイオン電池には、安全性や性能に課題があります。
これらを解消するために、固体の電解質を使った電池が考案されました。
全固体電池は、大きく分けて「バルク型」と「薄膜型」があります。
薄膜型は、小型電化製品向けと言われています。
そのため、電気自動車など大きなものには使用されていません。
ただし、薄膜型は、すでに実用化されています。
一方、電気自動車など大きなものに利用できる「バルク型」は、まだ実用化には至っていないことから注目を集めています。
以下で注目を集める理由について詳しくご紹介します。
以外の利点によって全固体電池は、リチウムイオン電池を凌駕すると期待されています。
全固体電池のメリット
➀安全性が高い
全固体電池に最も期待を寄せられている点が、安全性です。
リチウムイオン電池の電解液は、燃えやすい物質を使用しています。
そのため、万が一液漏れすると、発火事故につながる可能性があります。
自動車や航空機などに用いるには課題があるわけです。
現在、リチウムイオン電池を飛行機に預けることはできません。
気圧の変化で電解液が漏れてしまい、発火事故が起きる可能性があるためです。
しかし、電解液を固体にできれば、発火事故を防ぐことができ、リチウムイオン電池よりも安全性が高い電池だといえます。
➁温度の変化に耐性がある
リチウムイオン電池は、使用できる温度が限られています。
使用する環境下の温度が高すぎても低すぎても使用できないことから、使用範囲が限られていました。
しかし、全固体電池は低温にも高温にも強いという特性があります。
例えば、高温耐性があるということは、温度上昇を抑える対策が不要になることから、その分スペースが少なくて済むという利点があります。
③電池の寿命が長い
電池を何度も充電していると電池の容量が少なくなってきたという経験を誰もがお持ちかと思います。
液体のリチウムイオン電池の場合、電解液の中をリチウムイオンが移動するときに、それ以外の不純物なども一緒に移動します。
すると、不要な反応が起きてしまい、それが劣化の原因となり、電池の減りが早くなってしまうのです。
しかし、全固体電池は、そういった心配がないことから、劣化しにくく電池の寿命が長いのです。
そのため、コストダウンにも寄与します、
現在、実用化されている薄膜型では、実際に充電を繰り返しても寿命が短くならないことがすでに証明されています。
④出力を高めることが可能
全固体電池の研究が始まった1970年代は、全個体電池の高出力化は難しいとされていました。
ところが、日本における研究が進んだことにより、現在はリチウムイオン電池よりさらに高い出力が可能になりました。
⑤形状を変形させやすい
全固体電池は、安全性が高いため、形状を変化させやすくなります。
電池を薄くした上で、折り曲げ、何層にも重ねるなど、用途に合わせて形状を自由に変えることができるのです、
また、熱にも強いことから、正極や負極に使う素材などを変えることができ、電池の小型化も可能です。
全固体電池のデメリット
全固体電池にも課題があります。
量産体制を作ることが難しいということがあります。
これまでにリチウムイオン電池の製造工程を使って量産することはできないため、量産体制を一から組みなおさなければならなず、難易度が高いとされています。
また、重電や放電によって電池の中身が壊れないよう、高い拘束圧力が必要になることや、電解質の中で金属リチウムが析出してしまうなどの課題もあります。
全固体電池を実用化にこぎつけるには、こうした課題を一つ一つか行けるすることが必須です。
しかし、この電池にはまだまだ改善の余地があり、今後の展開には期待が持てそうです。
全個体電池を扱う企業おすすめ3選
日本企業において全個体電池の開発を進めている投資対象としておすすめな企業は、トヨタ自動車、村田製作所、TDKの3社です。
この3つの企業はそれぞれ独自の技術を開発し、成果を上げています。
現在、全個体電池の実用化が目前に迫っているのが、村田製作所です。
村田製作所が開発したものは、電解質に酸化物セラミックスを使用したものです。
村田製作所が開発した全固体電池で注目すべき点は、業界最高水準の容量の大きさです。
この電池はウェアラブル機器やIoT機器などへの使用を想定しており、2020年度中の量産を予定しています。
TDKが開発したものも同じタイプの全固体電池です。
上記2つの企業の全固体電池は、薄膜型でした。
トヨタ自動車は、実用化が非常に困難とされてきたバルク型の全固体電池を搭載した電気自動車をオリンピックに合わせて発表するとしています。
実際、2019年の走行実験は成功を収めました。
開発競争が激化する電気自動車ですが、トヨタは電気自動車の開発に一足乗り遅れていました。
トヨタは、これまで安全性への懸念から電気自動車にリチウムイオン電池は採用していませんでした。
しかし、全固体電池を搭載できれば、安全性の懸念は払しょくされます。
全固体電池を制するものは電気自動車を制すると言われているほどです。
トヨタは全固体電池の実用化ができれば、電気自動車への本格的なシフトを考えているそうです。
リチウムイオン電池は、性能に限界があるこたから新たな電池の開発が急がれています。
一方、全固体電池は、まだまだ伸びしろがあり、今後も性能向上が見込まれています。
今回ご紹介した3社に注目です。
