全固体電池で1000キロ走るEV 安全で大容量
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2019年は吉野先生のノーベル賞受賞で改めて脚光を浴びる形となった二次電池ですが、一般紙では未だに「全固体祭り」に見える記事が多いです。最も罪深いのが、電解質を固体にすると電池容量が増えるかのように伝わることなんですが、電解質は電気が貯まる部材では無いですから「なぜ？」と疑って下さい！
固体電解質にすると電池容量が増える理屈を端的に表現すると、電極の集積度が上げられるからです。
ある一定の体積や重量に占める正極と負極の割合が多くなればなるほど、単位当たりの電池容量が増えるということで、集積度という言葉から半導体が想像出来るでしょう。
しかし記録密度のような物理的な差異の集積と物質自体の集積では、集積密度の限界は全く違います。量子まで活用出来る半導体と、電子やイオン(多価も有るがリチウムは１価)で充放電する二次電池では、物理限界のスケールが異なります。
つまり二次電池は理論上、性能の限界が既に分かっているということです。電気エネルギーを化学的に蓄える二次電池の性能はサチることが宿命付けられていると言えます。例えば負極材はカーボンからシリコンやグラフェンなどの新素材の研究開発が進められてますが、理論容量としてリチウム金属が最も高いことが明らかになってます。
これからは固体電解質や正極材の新素材探索の成果が出てくると思いますが、更にその後は電極や電解質、集電体の素材の組合せや構造、製法といった競争に移っていくでしょう。例えるとシリコンにデファクト素材が決まった後の半導体開発の方向に、二次電池は未だに達していないとも言えます。
仮に導電率の高い固体電解質が見つかったとしても、電極との界面を上手く形成出来なければ抵抗値が高くなり無意味な素材となってしまいます。
このように期待先行の感のする全固体電池も、性能向上の限界があることを踏まえた上で、電化や電動化の仕組みを考える必要があります。電池の性能向上やコスト低減に期待して頂くのにも、限界があるということです。それで幻滅期に入るのかは分かりませんが、二次電池の限界を理解した上で蓄電と発電、省エネや最適な制御などを組合せることで次の段階へ移って行くことは可能だと思います。
