いまいち普及しないEVのゲームチェンジャー「全個体電池」いつ出る? どこが優れていて何が問題??

いまいち普及しないEVのゲームチェンジャー「全個体電池」いつ出る? どこが優れていて何が問題??

 現在、ほとんどの電動車は、車載電池としてリチウムイオン電池を採用しています。その理由は、実用化されている車載電池の中で、もっともエネルギー密度が高いから。ただし、コストが高い、航続距離が短い、充電時間が長いなどの課題があり、バッテリーEV普及の障壁となっています。そこで期待されているのが、「全固体電池」です。

 全固体電池とは、その名の通り、すべてが固体で構成された電池のこと。リチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を持つことから、世界中のメーカーが実用化に向けて開発を進めていますが、実用化にはまだ時間がかかりそうです。

 今後のバッテリーEV普及のカギを握る全固体電の仕組みやリチウムイオン電池に対する優位性、実用化に向けての課題についてご紹介します。

文:Mr.ソラン、エムスリープロダクション
写真:HONDA、NISSAN、TOYOTA、SUBARU、MAZDA、Mercedes-BENZ、BMW、Audi、TESLA、VOLVO、STELLANTIS、Porsche、JAGUAR、HYUNDAI、ベストカー編集部
イラスト:著者作成

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電解液の代わりに固体電解質で構成される

 リチウムイオン電池は、正極と負極、セパレータ、電解液で構成されています。電極の化学反応で発生するリチウムイオンが、電解液の中を移動して電極間を往来することによって、電子(電気)の流れが生まれて充電、放電ができるのです。

 一方の全固体電池は、その名の通り、液体である電解液ではなく、固体である固体電解質にて構成されます。充放電の基本的なメカニズムは、上記のリチウムイオン電池と同じで、イオンが固体電解質の中を往来することによって、充電と放電を繰り返す仕組みです。

リチウムイオン電池と全固体電池の充放電作動原理。リチウムイオン電池は、リチウムイオンが電解液の中を移動して充放電を繰り返すが、全固定電池は電解液の代わりに電解質を使用(イラスト:著者作成)
リチウムイオン電池と全固体電池の充放電作動原理。リチウムイオン電池は、リチウムイオンが電解液の中を移動して充放電を繰り返すが、全固定電池は電解液の代わりに電解質を使用(イラスト:著者作成)

航続距離の大幅な延長が可能に

 全固体電池のアイデアは古くからありましたが、イオンを移動させて電極に十分な電流を流せる固体材料が、なかなか見つかりませんでした。しかし近年、固体でありながらイオンが動き回って十分な電気を通す固体材料が発見され、一躍次世代電池として注目されるようになったのです。全固体電池の性能が優れる主な理由は、次の3つです。

・高密度で高電位の材料が使える
 電解質が固体になることで、電極材が溶け出しにくく、電解液では使えなかったエネルギー密度の高い正極材料や負極材料が使用可能に

・電池パックが簡素化できる
 電解液漏れの心配がないため、安全対策のための頑丈なパッケージングが必要なく、電池パックが軽量コンパクトに

・セル設計の自由度が高い
 全体を薄くして多層化するなど、セル自体の設計自由度が高いため、搭載条件に合わせたセル設計が可能

 実用化に成功すれば、理論上はリチウムイオン電池の約2倍のエネルギー密度が実現され、またイオンの移動速度が速いので充電時間も大幅に短縮できます。エネルギー密度が2倍になれば、バッテリーEVの航続距離も2倍に延びることになり、通常のガソリン車と遜色ない航続距離が実現することになります。

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