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私たちの生活に欠かせない電池が進化しています。充電して繰り返し使えるリチウムイオン電池に加え、電解液を使わない画期的な全固体電池も登場しました。ここでは、それぞれの電池に見られる特徴を紹介しつつ、新しい電池の活用が期待されている電気自動車の未来を考えます。

電池を分解することは非常に危険な行為なので、電池の中身を見たことがあるという人はそう多くはないでしょう。基本的に、電池は金属のプラス・マイナスに分かれた2つの電極と、その間にあってイオンの通り道になる電解質の3つで構成されています。電解質の中で金属が溶け、電子が電極の間を移動することによって電気の流れが発生します。

電解質には液体が使用されるので「電解液」と呼ばれます。と言っても、電池の中にチャプチャプと液体が入っているわけではなく、たいていは電解液を何かにしみ込ませたり、ペースト状にしたりして使用します。

電池には様々な素材を使ったものがありますが、1990年代から多くの場面で使われるようになったのがリチウムイオン電池です。この電池はプラス極にコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムなどを使用し、電極の間をリチウムイオンが行き来することによって放電が起こります。

従来の乾電池と大きく異なる点は、使い捨てではなく充電して繰り返し使えること。流れを逆にすることで充電が可能となったので、スマホやパソコンなどの充電を繰り返すデバイスには不可欠となりました。最近では電気自動車にも活用されています。

さらに、リチウムイオン電池は、従来の電池より小型で耐久性も高く、急速充電も可能。エネルギー密度が高く、大容量の電力を蓄えられるという特徴があります。乾電池と違って充電状況や残量が分かりやすいのもメリットです。

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今や使わない日はないリチウムイオン電池ですが、安全性の面では課題があります。使用を続けていて劣化が進むとリチウムが漏れたり、ガスが発生したりして膨張することがあるのです。また、決して衝撃に強いとは言えず、気温差などに注意が必要で、保管場所にも気をつけなければなりません。

こうした課題を解決するものとして期待されているのが「全固体電池」です。その名前の通り、全固体電池は電解質を固体にしたものです。つまり、内側と外側のすべてが固体になった次世代の電池なのです。電解質が液体から固体になるとイオンがより動きやすくなるため、それによって様々なメリットがもたらされると考えられています。

全固体電池のエネルギー密度はリチウムイオン電池の2倍なので、サイズが同じでもより大きな電力を蓄えることが可能となります。また、電解質が固体になれば液漏れの心配もなくなって安全性が高まります。固体の電池で液漏れしないということは、形を自由に変えられるということなので、小型化・薄型化なども可能になるでしょう。さらには可燃性の液体が使われていないので、中身が低温で凍ってしまったり、逆に高温で蒸発したりショートしたり、といった心配もありません。

また、全固体電池はより急速な充電が可能だと考えられており、リチウムイオン電池の3分の1程度の時間で充電できると言われています。

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全固体電池はまだ実用化されていませんが、電気自動車への活用は特に期待されています。エネルギー密度が高いということは、同じ大きさのバッテリーでも、より長時間の走行が可能ということです。EV車のデメリットはガソリン車より「走行距離が短い」こと。しかし、全固体電池の搭載はこの課題をクリアするのに役立つでしょう。

フル充電までの時間が短縮されるのも、EV車にとっては大きなメリットです。今まで7〜8時間かかっていたフル充電が、これによって2〜3時間で済むようになります。さらに、全固体電池は小型化が可能なので、電気自動車に搭載された場合、車内スペースが広くとれますし、自動車自体を小さくすることも可能です。

エネルギー密度や出力の高さ、急速充電などの特徴を考えると、全固体電池は将来的に自動車のみならず、船舶や航空機などへの搭載も予想されます。

今のところ、全固体電池の実用化・大量生産のネックは素材と耐久性です。国内を含む多くの自動車メーカーが開発に力を入れており、市場への導入は2027〜2028年頃と見られています。また、全個体電池を搭載した電気自動車の価格も、ガソリン車やEV車とさほど変わらないレベルが目標とされています。全固体電池の実用化はEV車の普及を後押しし、結果として持続可能な社会の実現にも大きく貢献するでしょう。

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IoT化が今後も進む中で、電池はこれまで以上に私たちの生活に欠くことのできない存在となり、より安全で高性能なものが要求されるようになっていきます。それを暗示するようにリチウムイオン電池の進化版とも言える全固体電池の実用化も見えてきました。今後はさらに安全で使いやすい新たな電池が登場し、私たちの生活を便利なものへと変えてくれるでしょう。