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全固体電池

(SOLID-STATE BATTERY から転送)

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/06/07 03:56 UTC 版)

全固体電池（ぜんこたいでんち）とは、陽極と陰極間を固体電解質が担う電池である。

脚注

注釈

^ 業界観点から電解質の液体比率が15%〜5%を半固体、5%以下を固体、0%を全固体と表記することが多い。
^ 液体電解質では移動制限が無いため、液漏れや副反応の進行が生じる。また電気分解電圧が低く、特に水溶液では1.23Vで水が電気分解を起こし水素が発生する。液体は総じて沸点が低く、比較的低い温度で蒸発してしまう。
^ 金属リチウムを使用した理想形である全固体電池だが、それでも取り出せるエネルギー量だけ見ればガソリンの燃焼エネルギーには遠く及ばない。これは反応熱とは反応性の高さではなく、反応時の化学エネルギー低下量から来るためである。ガソリン内の炭素や水素は燃焼時に酸素と共有結合し非常に低いエネルギー値へと移行する。この時の共有結合はリチウムなどが起こすイオン結合より強力な結合である。また炭素は不対電子を4つも持っており、水素は軽量だが強い酸化エネルギーを発生させる。そのため、質量辺りの反応熱だけ見ればガソリンの方が高いのである。これは全固体空気電池と比べても同じ事である。イオン結合より共有結合の方が強力であり、密度に対して不対電子を多く持つ炭化水素の燃焼エネルギー(反応熱)は全元素中でも最大級となる。正確に見ればガソリンも炭素と水素同士が共有結合をした準安定状態だが、それでも酸化エネルギーは金属リチウムの酸化エネルギーを若干超えている。ただし、共有結合は電池として利用出来る代物ではないので、金属リチウムが電池の還元材として最強の素材という事に変わりはない。そして電力が人類にとって最も有用で効率的なエネルギー媒体で有る事も変わらない。だからこそ電力網に接続可能なエリアにエンジン動力が選ばれる事は無く、残っているエンジン動力を全固体電池が駆逐する可能性を十分に秘めている事も事実で有る。ただし、旅客航空機の離陸から高高度水平飛行に移るまでに必要な電池のエネルギー密度は約800Wh/kg必要とされており、これは硫化物系全固体電池の理論エネルギー密度限界の６割に迫る高さであり、旅客航空機の電動化の難易度の高さが依然として残っている。理論エネルギー密度(参考) ガソリン燃焼約12000Wh/kg 金属リチウムの酸化11140Wh/kg 硫化物系全固体電池電池1440Wh/kg リチウムイオン二次電池370Wh/kg
^ 世界初のサンプル出荷は2018年からTDKなどで開始されているが、ここでは本格的な規模での量産を対象として2019年とした。
^ ただし大型の全固体電池では固体電解質のイオン伝導率向上に液体電解質以上の添加物が必要となる傾向にあるので、その分エネルギー密度に影響が出る事がある。
^ 一般的なリチウムイオン二次電池は電極1cm²辺り2mAh。