今やリチウムイオン電池は私たちの生活になくてはならない必需品となっています。

しかし、リチウムイオン電池には発火の危険性や廃棄時の環境への影響など問題も存在していて、さらに優れた電池の開発に世界中の研究者たちが挑戦しています。

今回ロシアのサンクトペテルブルク大学の研究チームが発表したのは、リチウムイオン電池の10倍の速さで充電ができる上、環境にも優しいという新しいタイプの電池です。

この研究は、科学雑誌『Batteries&Supercaps』に掲載されています。

目次
覇権 リチウムイオン電池の問題点
充電速度が10倍の新型電池

覇権 リチウムイオン電池の問題点

今や、スマートフォンから電気自動車まで、あらゆる技術において利用されている小型バッテリーの覇者リチウムイオン電池ですが、完全に万能というわけでなく、いくつかの深刻な問題点を抱えています。

一つは潜在的に発火の危険性をはらんでいるということです。

リチウムイオン電池の10倍の速さで充電できる新しい電池が登場。 発火の危険性が低く、低温でも動作が安定
(画像=リチウムイオン電池に見られる発火の危険性。 / Credit:Rajamanickam Antonimuthu,A new type of battery can charge ten times faster than a lithium-ion battery、『ナゾロジー』より引用)

もう一つは、低温の環境では性能が大きく低下するという問題です。

リチウムイオン電池の10倍の速さで充電できる新しい電池が登場。 発火の危険性が低く、低温でも動作が安定
(画像=人気アニメ「ゆるキャン△」では冬のキャンプ場で急速にスマホのバッテリーが減ってしまう場面が登場している。 / ©あfろ・芳文社/野外活動サークル、『ナゾロジー』より引用)

また、廃棄時の環境に与える影響なども問題視されています。

リチウムイオン電池なしの生活はもはや私たちには考えられないものですが、今後登場する新型バッテリーには、こうした問題を解決させたさらなる技術革新が求められているのです。

新しい電池の開発で重要となるのは材料の組み合わせです。

ロシアのサンクトペテルブルク大学の研究チームは、3年以上の歳月をかけて「レドックス活性ニトロキシル含有ポリマー」という材料を研究してきました。

この材料は、急速な酸化還元反応が起こせるといいます。

専門的な用語が多いですが、この新しい材料で作られた電池にはどんな特性があるのでしょうか。

充電速度が10倍の新型電池

リチウムイオン電池の10倍の速さで充電できる新しい電池が登場。 発火の危険性が低く、低温でも動作が安定
(画像=ポリマーの化学式を使った新型電池のイメージ画像。 / Credit:Anatoliy A. Vereshchagin、『ナゾロジー』より引用)

「今回の有機金属ポリマーを電極材料に使った新しいリチウムイオン電池というアイデアは2016年に思いつきました」と、今回の研究を発表したサンクトペテルブルク大学のオレグ・レビン氏は述べています。

これには2つの重要な要素がありました。

第1にこの化合物が、従来のリチウムイオン電池の主導対ケーブルを覆う保護膜として使用できる点。

第2に、これが電気化学的エネルギー貯蔵材料の有効成分として使用できる点です。

この材料の作成は、わずかなエラーで劣化してしまうため、安定した化合物を作るために、チームはかなりの数の試作品を作りましたが、その中で一つだけ、十分に安定して効率的なものが完成しました。

それは急速な酸化還元が可能でした。電池の材料が行う酸化還元反応は、すなわち充電と放電を意味しています。この材料は従来のリチウムイオン電池の10倍近い速さで充電を行うことが可能だったのです。

さらにこれまでの電池で使われていたコバルトベースとは異なるため、燃焼する危険性がなく、環境を汚染する金属の利用が大幅に減りました。

また低温でも安定して動作することができたのです。

これはリチウムイオン電池の課題となっていた問題をすべて克服しているように見えます。

しかし、問題も残っていました。

レビン氏の説明では、この電池は現在市販されているリチウムイオン電池と比べて、容量が30~40%も低下してしまうのです。

電池の大容量化が進む中で、これはかなり痛い欠点です。

そのため、チームは今後容量の改善に取り組んでいきたいと語っています。

近い将来、リチウムイオン電池の問題点をすべて克服した新しい電池が登場するかもしれません。


参考文献

St Petersburg University chemists create a new type of battery that can charge ten times faster than a lithium-ion battery(St Petersburg University)

元論文

The Fast and the Capacious: A [Ni(Salen)]‐TEMPO Redox‐Conducting Polymer for Organic Batteries


提供元・ナゾロジー

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