全固体電池が実用化されることで日本勢の立ち位置は変わるのか

全固体電池の始まり

全固体電池の歴史を振り返ると、始まりは1830年代まで遡る。アメリカの化学者であるマイケル・ファラデーは、固体物質が電気伝導性を持つ可能性を示唆する研究を進めていた。

初めて電池が開発されたのは1950年代後半のことだ。

複数の電気化学システムで銀イオンを使用した固体電解質が採用されたが、エネルギー密度やセル電圧が低く、内部抵抗が高いなど性能が低いものだった。

1990年代に入ると、アメリカのオークリッジ国立研究所が充電しながら繰り返し使える電池を発表する。これがリチウムイオン電池の始まりだ。

それから2000年代に突入すると全固体電池の研究開発が活発化し、様々な業界が固体電池技術への関心を強め始めた。

フランスの運送企業ボロレは「BlueCar」という試作車を2011年に発表。これは、リチウム塩を共重合体（ポリオキシエチレン）に溶解させた高分子電解質を用いた30kWhの金属リチウムポリマー電池（LMP）を搭載したモデルであり、固体電池の先駆けと言われている。

また2011年の日本では、東京工業大学などの研究グループがリチウムに硫黄やゲルマニウムを混ぜることにより、室温でリチウムイオンが固体中を液体中よりも速く移動する「超イオン伝導体」の発見に世界で初めて成功した。その後2016年1月リチウムイオン二次電池の3倍以上の出力特性を持つ硫化物系固体電解質の開発にも成功している。

この出来事をきっかけに、全固体電池の研究開発も活発化し2017年、リチウムイオン二次電池の共同発明者であるジョン・グッドイナフが、ガラスの電解質と安価なアルカリ金属の負極を用いた全固体電池を発表した。

その後も多くの企業やメーカーが研究開発を進め、全固体電池を搭載したEVの実用化に向け奔走している。先駆者が築き上げてきた歴史をもとに、今もなお開発が進んでいる状況だ。

全固体電池の世界市場は2022年では60億円だったが、2040年には3兆8,605億円に達すると見込まれている。

次世代電池として期待されている全固体電池。自動車のみならず、産業機器やスマートグリッドなど、様々な分野での応用が期待されている。

全固体電池と従来のリチウムイオン電池との違い

全固体電池は、従来のリチウムイオン電池と異なり、液体電解質の代わりに固体電解質を用いた新しいタイプの電池だ。

電解液がないことで、正極と負極の間に電解質セパレーター層のみが存在し、従来のセパレーターとは異なり、固体電解質がセパレーターの役割を果たしている。

現在、EVに搭載されるリチウムイオン電池では、液体の電解質を介してリチウムイオンがマイナス極からプラス極へと移動することで電流が発生する。

全固体電池も基本的な原理は同じだが、電解質が固体である点が大きな違いだ。ただし電解質が全て固体になると、粒子と粒子の間の境界部をイオンが通りにくくなることが課題として挙げられる。

リチウムイオン電池に比べ、搭載することでの利点は多いが、クリアしなければならない課題も多い。次世代電池として大きな可能性を秘める全個体電池だが、実用化には至っていない。

全固体電池を搭載する利点と今後の課題