私たちの生活に欠かせないスマートフォンや電気自動車の心臓部とも言えるリチウムイオン電池に、劇的な進化の兆しが見えてきました。山形大学は2019年12月10日までに、従来よりも電池容量を最大で2倍に高めることができる画期的な実用化技術を開発したと発表しました。このニュースはSNS上でも「ついに電池持ちが2倍になるのか」「ドローンの飛行時間が伸びるのは嬉しい」といった期待の声が続々と寄せられており、大きな注目を集めています。
今回の革新的なポイントは、電池のマイナス極にあたる「負極」の素材に、電気を蓄える能力が極めて高いシリコンを採用した点にあります。これまでの主流だった黒鉛（グラファイト）と比較すると、シリコンは理論上5倍から10倍もの容量を誇るポテンシャルを秘めていました。しかし、充放電の際に激しく膨張と収縮を繰り返すという性質があり、粒子が電極から剥がれ落ちてしまうため、実用化には高いハードルが存在していたのです。
水系ポリイミド樹脂がもたらした技術的ブレイクスルー
この長年の課題を解決したのが、山形大学の森下正典産学連携准教授と、化学メーカー大手の宇部興産による共同研究です。彼らは人工衛星の部品などにも使われる非常にタフな素材「ポリイミド樹脂」に着目しました。今回、環境に優しい水を作業工程に使用する、耐熱性の高い「水系ポリイミド樹脂」を新たに開発し、これをシリコンに混ぜ合わせることで、激しい体積変化をしっかりと抑え込むことに成功したのです。
専門用語で「バインダー」と呼ばれるこの樹脂は、電極内で粒子同士を繋ぎ止める接着剤のような役割を果たします。従来の有機溶剤系ではなく、水を用いることで製造時の環境負荷を低減しつつ、シリコンの膨張を物理的に制御できるようになった点は、技術的に非常に大きな一歩と言えるでしょう。これによって、リチウムイオン電池の使用時間は現在の1.3倍から、最大で2倍にまで延長される可能性が見えてきました。
空飛ぶドローンから電気自動車まで広がる可能性
2019年12月10日現在の計画では、まずは機動力の向上が求められるドローン（小型無人機）にこの新型電池を搭載し、実用化に向けた実証実験が進められる予定です。将来的には、航続距離の延長が課題となっている電気自動車（EV）への応用も視野に入っています。10年以上にわたる地道な研究が、いよいよ私たちの手元に届く製品として結実しようとしており、その成果には目を見張るものがあります。
私個人としても、この技術がもたらすインパクトは計り知れないと感じています。単に「充電が長持ちする」という利便性だけでなく、電池の軽量化や薄型化が進むことで、デバイスのデザインや移動手段のあり方そのものがアップデートされるはずです。2年以内の実用化を目指すというスピード感も含め、山形大学と日本企業の底力が世界を変える瞬間を楽しみに待ちたいと思います。
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