全固体電池とは?その仕組を簡単に解説するよ

「おっさんフォース」管理人、みつーです。

 

全固体電池という言葉を最近知りました。

っていうか、

固体の反対って、液体じゃないですか。

 

もともと電池って固体じゃないの?

っという疑問を持たれる方も
いらっしゃるかと思います。

 

違うんです。

違うんですよ。

 

乾電池って一見、固体じゃないですか。

 

実は乾電池にしても
充電池にしても、

 

あれは簡単に説明すると
電解質の液体を染み込ませた綿が
ボックスの中に収まっているのです。

 

つまり、電池の中には液体が
入っているんです。

 

固体電池はそういった、
電解質の液体がない

 

完全な固体の電池なのです。

さて、

全固体だと、何が良いかは
別の記事に譲るとして、

 

その仕組とは一体どうなっているのか
さらっと簡単に説明いたします。

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従来の電池

電池と一口にいっても、
実は電池には材料の組み合わで約35種類も
あったりします。

ただ、

これらも大きく分けると

「化学電池」と「物理電池」

の2つになります。

 

「化学電池」は金属化合物の
化学反応を利用して発電する仕組み。

「物理電池」とは太陽光や熱などの
エネルギーを利用して発電する仕組み。

 

今回の全固体電池は「化学電池」に
属するので、

化学電池の事を書きます。

 

「物理電池」は、またの機会ということで・・・。

 

さて、

 

「化学電池」といっても
さらに大きく分けて3種類あります。

 

「一次電池」と「二次電池」そして「燃料電池」。

 

「一次電池」は乾電池などにみられる
使い切りの電池。

 

「二次電池」は充電すると再び使える
充電式電池。

 

「燃料電池」は水素と酸素を結合させて
水と電気を作る電池。

 

これら3種類の中でも全固体電池は
二次電池の仲間になります。

化学電池の仕組み

化学電池の仕組みを簡単に言うと
小学校の理科の授業で習ったことを

 

思い出してください。

 

銅板と亜鉛板の2つを食塩水か希硫酸液につけると
亜鉛板からプクプク泡がでてきましたよね。

 

あれは亜鉛板が電解液に溶けて、亜鉛イオンになるのですが、
その時に電子だけ残して溶けるのです。

 

文章で説明するとわかりにくいので
めっちゃくちゃわかりやすい動画を見つけました。

 

これが電池の仕組みになります。

二次電池(リチウム電池)の仕組み

リチウムイオン電池にみられる
充電式の電池は

携帯やパソコン、ゲーム機など
幅広く使われていますね。

 

すっかり身近な電池なのですが、
その仕組を言える人は少ないんじゃないかと
思います。

 

さて、

リチウムイオン電池の仕組みなのですが、

 

電池の

プラス極にリチウム化合物
マイナス極に黒鉛などを使います。

 

リチウム化合物の中には
たっぷりとリチウムイオンが含まれていて
充電することで、

 

リチウム化合物からイオンを取り出し
黒鉛の方へイオンを送ります。

 

イオンは黒鉛内にすっぽりと
取り込まれてしまいます。

 

全部取り込まれたら充電完了!

 

実際に電池を使用すると
黒鉛からリチウム化合物に向かって
イオンが戻っていきます。

 

これが、いわゆる電流となって
携帯やゲーム機、パソコンを動かす
電源となるのです。

 

わかりやすい動画が会ったので
ご紹介しておきます。

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全固体電池とは

全固体電池とは、その名の通り
すべてが固体でできた電池です。

 

前述したとおり、電池は電解液を使って
電気を発生させてきましたが、

 

それらを固体でイオン伝導させることに
成功したのでした。

 

わかりやすい動画があったので
ご紹介します。

 

リチウムイオン電池は大変素晴らしかったのですが、
発火しやすいなどのデメリットがありました。

 

それらを克服するために分子レベルで
物質の構造を解析し、

 

リチウム化合物に負けない伝導体を発見することに
30年の時間を使っています。

 

その結果、

リチウム(L)、ゲルマニウム(G)、リン(p)、硫黄(s)

 

この4つの物質を用いた材料

 

硫化物材料LGPSが発見されました。

 

最初の時点では、出力は小さいものでしたが、
そこに微量の塩素を加えた超イオン伝導体
発見されました。

 

これにより、リチウムイオン電池に近い性能が
発揮されるようになり、

 

実用化のめどが立ってきました。

 

2018年にはTDKが小型の全固体電池を
量産できる体勢を作るほどになってきました。

 

 

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まとめ

電池という身近なものを
仕組みレベルで学び直しました!

 

とっても興味深く調べることが出来ました。

 

それにしても、

 

全固体電池が実用化されるまでに
30年の時間が経過していたんですね。

 

これが一般に実用化されていけば
現在の生活はガラッと変わってしまうかもしれません。

具体的な未来については別の記事で
取り扱ってみたいと思います。

 

しかし、考えるだけでも
ワクワクするような発見です!

 

未来はもっと豊かに明るくなってきますね!

 

 

最後まで読んでくださり
ありがとうございました!

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