アルミニウムイオン電池とは？わかりやすく解説

アルミニウムイオン二次電池（アルミニウムイオンにじでんち、Aluminium-ion battery）は、電解質中のアルミニウムイオンを利用して蓄電する二次電池。単にアルミニウムイオン電池、アルミニウムイオンバッテリーともいう。

概要

次世代充電池の候補として目されており、各国で開発が進められる^[1]。再充電可能なアルミニウムイオン電池は、高容量でありながら、低コストで燃えにくいという可能性を示している。^[2]

背景

1990年代以降、携帯機器や電気自動車の充電池はリチウムイオン電池が主流だったが、需要の拡大により、リチウム資源の偏在、埋蔵量により、長期的な安定供給が懸念されるため、各国でリチウムに代わる代替元素を使用した充電池の開発が進められる。

動作原理・構造

原理的にはリチウムイオン二次電池のリチウムイオンをアルミニウムイオンに置き換えたものに相当し、負極と正極の間でアルミニウムイオンが移動することによって充放電が行われる。アルミニウムイオン(Al³⁺)は3価のイオンなので1価のリチウムイオン(L⁺)と比較して同じ量のイオンであれば高容量化が可能である反面、3価のカチオンによるホスト材料の静電的インターカレーションは、電気化学的挙動に対して強すぎるため、電極が劣化して充放電サイクル寿命の低下に繋がる。

電解液

イオン液体等の非水系電解質を用いる。充放電時に絶縁性の不働態になる場合があり、容量低下の要因になる。

長所

発火の危険性が低く、安全性が高い
資源が豊富
高速充電が可能^[3]
出力密度が3kW/kgと高いため大電流放電が可能

短所

出力電圧が約2Vと低い。
エネルギー密度は約40Wh/kgで、既存のLiイオン2次電池の1/4と小さく、鉛蓄電池やニッケル水素（Ni-MH）電池と同水準なので重量毎の高容量化が困難
充放電サイクル寿命が短い^{[注 1]}^[1]

他の二次電池との比較

アルミニウムイオン電池は資源の豊富な元素で構成可能。

想定される用途

アルミニウムイオンは電池は比較的低コストで製造が可能なので従来はニッケル水素電池や鉛蓄電池が担ってきた用途や電力系統での大型蓄電池としての利用が想定される。

脚注

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注釈

^ ただし、改良が進められている

出典

^ ^a ^b “スタンフォードの科学者たちが将来有望なアルミニウムイオン電池のプロトタイプを完成…リチウムを置換か”. TechCrunch Japan (2015年4月8日). 2018年11月23日閲覧。
^ Lin, Meng-Chang; Gong, Ming; Lu, Bingan; Wu, Yingpeng; Wang, Di-Yan; Guan, Mingyun; Angell, Michael; Chen, Changxin et al. (2015-04). “An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery” (英語). Nature 520 (7547): 324–328. doi:10.1038/nature14340. ISSN 1476-4687.
^ “わずか60秒でフル充電できる「アルミニウムバッテリー」の開発に成功”. GIGAZINE (2015年4月8日). 2018年11月23日閲覧。

参考文献

Jayaprakash, N., Shyamal K. Das, and Lynden A. Archer. "The rechargeable aluminum-ion battery." Chemical Communications 47.47 (2011): 12610-12612.
Sun, Haobo, et al. "A new aluminium-ion battery with high voltage, high safety and low cost." Chemical Communications 51.59 (2015): 11892-11895.
Lin, Meng-Chang, et al. "An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery." Nature 520.7547 (2015): 324.
Angell, Michael, et al. "High Coulombic efficiency aluminum-ion battery using an AlCl3-urea ionic liquid analog electrolyte." Proceedings of the National Academy of Sciences 114.5 (2017): 834-839.
Wang, Di-Yan, et al. "Advanced rechargeable aluminium ion battery with a high-quality natural graphite cathode." Nature communications 8 (2017): 14283.

表話編歴電池
一次電池	アルカリマンガン乾電池空気アルミニウム電池ブンゼン電池クロム酸電池（英語版）クラーク電池ダニエル電池乾電池エジソン・ラランド電池（英語版）グローブ電池ルクランシェ電池リチウム電池リチウム・空気電池水銀電池ニッケル系一次電池シリコン空気電池（英語版）酸化銀電池ウェストン電池カドミウム標準電池ザンボニー電池空気亜鉛電池空気鉄電池マンガン乾電池空気電池空気マグネシウム電池塩化亜鉛電池（英語版）
二次電池	自動車蓄電池鉛蓄電池制御弁式鉛蓄電池リチウム・空気電池リチウムイオン二次電池リチウムイオンポリマー二次電池リン酸鉄リチウムイオン電池チタン酸リチウム二次電池リチウム・硫黄電池デュアルカーボン電池（英語版）溶融塩電池ナノポア電池（英語版）ナノワイヤ電池（英語版）ニッケル・カドミウム蓄電池ニッケル・水素充電池ニッケル・鉄電池ニッケル・リチウム電池ニッケル・亜鉛電池多硫化物臭化物電池（英語版）カリウムイオン電池充電式アルカリ電池ナトリウムイオン二次電池ナトリウム・硫黄電池レドックス・フロー電池亜鉛・臭素フロー電池（英語版）シリコン電池（英語版）亜鉛・セリウム電池（英語版）
電池の種類	濃淡電池フロー電池トラフ電池（英語版）燃料電池ボルタ電池温度差電池（英語版）
他の電池	太陽電池燃料電池原子力電池全固体電池
電池の部分	アノードバインダー (材料)（英語版）触媒カソード電極電解液減極剤半電池イオン塩橋半透膜

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