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バッテリーが大容量化と「発熱問題」の解決を両立する日がやってくる

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リチウムイオン電池の限界

最近の電池はやたらと複雑だ。テクノロジーにかなり詳しくても、これを理解するためには化学の博士号でも必要ではないかと思わされる。だが、わかりやすく解説するようにしてみよう。

片手で持てるような携帯電子機器は、ほとんどがリチウムイオン電池を内蔵する。充電可能なリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレーター(隔膜)、電解液で構成される。正極と負極は電池の「端」で、リチウムイオンが電解質に運ばれて正負の電極の間を移動すると帯電という現象が起き、エネルギーが蓄えられる。

リチウム塩の有機電解液は、最も軽量かつ効率的なバッテリー液のひとつだと考えられている。だがエネルギー密度には限界があり、一定量の電荷しか蓄えることはできない。

また、扱いによっては危険な状態にもなる。セパレーターが破損するなどして正負の電極が接触すると、電池が発熱する。電解液は可燃性なので、温度があまりに上昇すると爆発が起こるのだ。

パデュー大学機械工学科でエネルギー変換と蓄電を研究するパーサ・ムカージーは、次のように語る。「電気自動車(EV)の事故や少し前に起きたサムスンのスマートフォンの発火問題は、たいていの場合は熱暴走が原因です」

この解決策として研究が進むのが、新たな材料を用いた次世代バッテリーだ。例えば、負極材を黒鉛ではなくシリコンのナノ粒子にして、電解液ではなく固体の電解質を使うことで、変換効率と安定性を向上させる。

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