私たちの生活を劇的に変えたリチウムイオン電池が2019年のノーベル化学賞に輝き、世間が沸き立つ中、次世代を担う驚異のテクノロジーが産声を上げようとしています。京都大学の内本喜晴教授らとトヨタ自動車が共同で進める「フッ化物イオン電池」の研究が、大きな壁を突破しました。
リチウムイオン電池は高性能ですが、発火リスクやレアメタルの価格高騰という悩みを抱えているのが現状です。そこで期待されているのが、マイナスの電荷を持つフッ化物イオンを主役にした電池です。この新技術は、リチウムイオン電池の5倍以上という圧倒的なエネルギー密度を実現できる可能性を秘めています。
エネルギー密度とは、一定の重量や体積あたりに蓄えられる電気の量を示す指標のことです。この数値が高いほど、電気自動車（EV）であれば一度の充電で走れる距離が飛躍的に伸びます。まさにEVの未来を左右する鍵と言っても過言ではありませんが、実用化には電極が大きく膨らんでしまうという物理的な課題がありました。
合金の力で膨張を克服！「インターカレーション」がもたらす安定性
従来の正極材料では、化学反応に伴って体積が50%近くも増大し、電池内部を圧迫して性能を下げてしまうのが弱点でした。そこで研究チームは、銅に金を混ぜた合金を採用するという斬新なアプローチを試みました。これにより、2019年12月02日時点の発表では、膨張を約27.8%まで抑え込むことに成功したのです。
さらに注目すべきは「インターカレーション」という仕組みの活用です。これは、層状になった材料の隙間にイオンが滑り込む現象を指します。従来の化学変化そのものを利用する方法とは異なり、材料の構造を維持したまま電気を出し入れできるため、非常に安定した動作が期待できる画期的な手法といえるでしょう。
SNSなどネット上では「リチウムの5倍は凄すぎる」「トヨタと京大のタッグなら期待大」といった声が上がっており、技術大国日本の底力を信じるファンからの熱い視線が注がれています。安全性の高い「全固体」であることも相まって、次世代エネルギーの主役への期待は高まるばかりです。
現在は金という高価な素材を使用していますが、今後はより安価な材料への代替や、低温環境での動作改善が目標とされています。2019年12月02日の研究成果を足がかりに、数年後の実証実験を経て私たちの街をフッ化物イオン電池で動く車が走る日は、そう遠くない未来にやってくるでしょう。
個人的には、この技術がコバルトなどの希少資源への依存から脱却する大きな一歩になることを強く願っています。技術革新は常に困難との戦いですが、今回の体積変化の抑制は実用化に向けた巨大なハードルを一つ超えたと言えるでしょう。日本の研究力が世界をリードし続ける姿には胸が熱くなりますね。
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