固体電池：重量、エネルギー量、安全性さらに寿命にも利点 市場はアジア企業中心に開発進む

通常、典型的な市販のバッテリーセルは、正極、負極、セパレーター、および電解質から構成されています。最も一般的な商用バッテリーの1つは、1991年から商用化されているリチウムイオン技術です。一方で、家電製品や電気自動車（EV）は、世界的に成功を収め、普及していますが、基盤となる技術により、安全性、性能、フォームファクタおよびコスト面で技術的な限界があることは否めません。

最新のリチウムイオン技術では、LiPF6、LiBF4、LiClO4などのリチウム塩を有機溶媒に使用した液体電解質を採用しています。しかし、負極での電解質の分解の結果として引き起こされる固体電解質界面（SEI）は、有効なコンダクタンスを制限します。さらに、液体電解質には、マイナス極とプラス極を分離するための高価な膜と、漏れを防ぐための不透過性のケーシングが必要です。したがって、これらのバッテリーのサイズと設計の自由度は制限されています。さらに、液体電解質は可燃性や腐食性のある液体を使用するため、安全性や健康上の問題があります。特にSamsungのFiregate事件は、大企業でも可燃性の液体電解質を使用した場合に発生するリスクを浮き彫りにしています。

固体電解質は、特に電気自動車、ウェアラブル、ドローン市場において、これらすべての課題に対応できる可能性を秘めています。固体電解質の最初の用途は、70年代にペースメーカーの一次電池として使用され、Li金属のシートが固体ヨウ素と接触して配置されました。この2つの材料は短絡したセルのように動作し、その反応によって界面にヨウ化リチウム（LiI）層を形成します。LiI層が形成された後も、非常に小さな一定の電流が、数年間、リチウム陽極からヨウ素陰極に流れます。2011年になると、トヨタ自動車と東京工業大学の研究者たちは、10年前までは考えられなかった、液体電解質と同じイオン伝導度を持つ硫化物ベースの材料を発見したと報告しています。その5年後には、その値を2倍にし、固体電解質はハイパワー用途や急速充電にも魅力的なものとなっています。このような技術革新は、現在のリチウムイオンのエネルギー密度を3倍にする新たな材料カテゴリーへの研究と投資を促進しています。

固体電池では、電極と電解質の両方が固体です。通常、固体電解質はセパレーターとしても機能し、特定のコンポーネント（セパレーターやケーシングなど）が不要になるため、モデルの縮小が可能になります。したがって、従来のリチウムイオンよりも薄く、柔軟性があり、単位重量あたりのエネルギーを多く含む可能性があります。さらに、液体電解質の除去により、温度変化や使用中の物理的損傷に対し、より安全で長持ちする電池の手段となることができます。固体電池は、劣化する前により多くの充電・放電サイクルを処理できるため、より長い寿命を約束します。

現在、電池市場はアジア企業に支配されており、欧米企業は、日本、中国、韓国から付加価値をシフトさせ、この激しい競争に勝とうと努力しています。異なる材料の選択と製造手順の変更は、電池のサプライチェーンの再編成の兆候を示しています。技術的にもビジネス的にも、固体電池の開発は次世代電池戦略の一部を形成しています。これは、地域の利益と政府の支援を受けたグローバルな挑戦となっています。

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