全固体電池の電解質が46%軽く、電池の重さの常識が動く

分析・見解

電池の性能を左右するのは電極だけではない

電池の話題では、正極や負極の材料ばかりが注目されやすい。しかし電池の中身は、電極、電解質、集電体、外装といった部品の足し算である。全固体電池では、電極の粒子の間にすき間なく電解質を詰める必要があり、その分量は意外に多い。電解質が重ければ、その重さはそのまま電池全体の重さに乗る。

今回の46%という数字は、この「縁の下の重さ」を削る余地があることを示した点で意味が大きい。電解質の比重を下げれば、同じ容量でも電池が軽くなり、重さあたりのエネルギー密度が上がる。

硫化物系が主流の日本勢にとっての意味

日本は全固体電池の特許出願数で世界の上位を占めてきた。トヨタ自動車や出光興産、各種素材メーカーが、硫化物系（＝硫黄を含む化合物）の固体電解質を中心に開発を進めている。硫化物系はイオンが通りやすい反面、材料が重く、水分に弱く、扱いにくいという弱点がある。

軽い電解質の候補が見つかれば、この弱点の一つに手が届く。ただし、軽くても電気が通りにくければ意味がない。イオン伝導度（＝イオンの通りやすさ）、電極との界面の安定性、割れにくさ、材料コストという条件を同時に満たして初めて実用になる。過去にも、実験室では優れた数値を示しながら、量産段階で脱落した材料は少なくない。

軽さが効く用途と、効きにくい用途

軽量化の恩恵が最も大きいのは、重さが性能に直結する分野である。電動航空機、ドローン、電動の物流機器などがその代表だ。航空機では重量1キログラムの削減が運航コストに直結するため、電池が1割軽くなるだけで航続距離や積載量の設計が変わる。

一方、定置型の蓄電池では重さの優先順位は低い。設置面積やコスト、寿命のほうが重要になる。ここに独自の見方がある。軽い電解質は、乗用車よりも先に、重量に敏感な特殊用途から採用が始まる可能性が高い。市場の入り口は、一般的に想像される電気自動車ではなく、用途の狭いが単価の高い領域になりやすい。

実用化までに越える三つの関門

第一に、実験室の粉末や小さなセルでの結果を、大面積のシートで再現できるかという点がある。第二に、製造ラインで水分や空気に触れても品質が崩れないかという点がある。第三に、充放電を繰り返しても界面が劣化しないかという点がある。

液体電解質のリチウムイオン電池は、30年以上かけて製造技術を磨いてきた。全固体電池がこの水準に追いつくには、材料の発見だけでなく、製造装置と品質管理の積み上げが必要になる。今回の発見は、その長い道のりの初期の一歩と見るのが妥当である。