自動車メーカーがEV時代に期待を寄せる「全固体電池」！　そもそも何が固体でどんな電池なの？

この記事をまとめると
■最近よく耳にするワード「全固体電池」

■仕組みやメリットについて解説

■現在、実現に向けての開発作業が精力的に進められている

「全固体電池」の仕組みを解説！

現在、HVやEVの動力用バッテリーとして積極的に活用されてるのがリチウムイオン電池だが、これに代わる次世代バッテリーとして研究・開発が進められているのが「全固体電池」だ。この電池は、軽量、コンパクト、大容量といったEVのバッテリーに要求される特性を備え、実用化に大きな期待が寄せられている。この全固体電池について触れてみることにしよう。

まず、気になるのはその名称だ。「全固体」とはどういう意味なのか。ニッケル水素にしても、リチウムイオンにしても、電池としての仕上がりは「固体」だろう、と外観からはこんな風に判断しがちである。まったくそのとおりなのだが、全固体と呼ぶ理由はこの部分ではなく、電池内部の構造に由来したものなのである。

※写真はイメージ

ここでいったん、電池の構造についておさらいしておこう。電池は、電極（＋、−）、活物質、電解質で構成され、電気は、活物質に含まれる電子を持ったイオンが、電解質の中を移動することで発生する仕組みとなっている。ちなみにイオンとは、電子を放出して正の電荷を帯びた原子（カチオン）、または電子を加えて負の電荷を帯びた原子（アニオン）のことである。

電池内のイオンは、電解質の中をスムースに動くことが要求され、電子が負極（マイナス）から正極（プラス）に流れることで電流が発生し、その結果、電量が正極（プラス）側から負極（マイナス）側に流れることになる。

発火の危険性が小さく安全性が高い

この電解質の性質が、イオン（電子）の動きに影響し、イオンの活発な動きを可能とするのは「液体電解質」だと考えられてきた。理論的には、液体でなく固体の電解質でも電池として機能することは知られていたが、近年、有望な材質が発見され、全固体電池の開発が急ピッチで進められるようになってきた状態だ。なお、その材質が何であるかは、企業秘密となっている。ただ、全固体電池の固体電解質として考えられている方式は、硫化物系と酸化物系の２タイプで、EVに向いた大容量タイプは硫化物系と考えられている。

また、電池は電極中で活物質と電解質がピタリと接触していなくてはらないのだが、固体電解質の場合は、活物質の膨張、収縮によって接触面が剥がれたり、電極に亀裂が入ったりすることが起きてしまう。この活物質と電解質の接合をどう維持するかも、全固体電池開発の大きなカギとなっている。

全固体電池のメリットは、現状のリチウムイオン電池に対して発火の危険性が小さく安全性が高いという点が挙げられる。リチウムイオン電池は、電解質に可燃性の有機化合物を使用しているため、電池への負担が大きくなって温度が上昇すると、極端な場合、発火の可能性が考えられるのだ。しかし、固体電解質を使用する全固体電池はこの部分での安定度が高く、トラブルの可能性をほとんど考慮しないですむ。

また、リチウムイオン電池の液体電解質は、低温下で充放電性能が劣化することに対し、全固体電池で使用する固体電解質は、温度変化に強く、極端に言えば、現状のリチウムイオン電池が発熱に対する冷却装置を必要とすることに対し、全固体電池ではそれが不要となり、その分だけ車両に搭載する電池容量を増すことも可能となる。

まだまだ開発途上の全固体電池だが、次世代バッテリーとしての可能性が確立され、現在は、実現に向けての開発作業が精力的に進められている状況、と考えてよいだろう。