現在の電子デバイスにおいては、リチウムイオン電池の存在が不可欠だ。スマートフォンやノートパソコン、デジタルカメラなどに使われている二次電池の主力はリチウムイオンとなる。
一方で、リチウムイオン電池は実はやや危険な特性も持っている。様々な状況で過熱、発火しやすいのだ。ボーイング787型機が一時期運行停止になったのも、このリチウムイオン電池の危険性が原因だ。
しかし、そのリチウムイオン電池の欠点をカバーする技術を、ミシガン大学の研究チームが発表した。使用するのは防弾チョッキなどでもお馴染みの素材、ケブラーだ。
同研究チームが発表した技術では、電極間の絶縁材に使う膜として、ケブラーで作ったナノファイバーを使用する。その膜が、析出した金属成分によって起こる短絡を防いで事故を予防するのだという。
析出した金属の貫通を防ぐ
リチウムイオン電池は、リチウムのイオンを一方の電極からもう片方の電極へと移動させることで働く。電極間に設ける絶縁材には、リチウムイオンを通す小さな孔がないといけない。しかし、リチウムイオン電池では、電極においてリチウム原子自身が『デンドライト』と呼ばれるシダ状の構造体に析出するという現象が起こる。
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このとき絶縁材の孔が大きいと、そのデントライトの先端が絶縁材の反対側にまで突き出てしまい、やがてもう一方の電極まで到達すると、ショートを起こす。これがボーイング787のリチウムイオンの発火事故の原因だ。
それを防ぐためには、絶縁体の孔をデンドライトの先端よりも小さいサイズにすることが重要なのだという。これまで絶縁材に使われてきた膜の孔のサイズは数百ナノメートルだったが、この研究チームが作製した膜の孔は15〜20ナノメートルのサイズになる。これはリチウムイオンを通すには十分な大きさがあるが、20〜50ナノメートルになるデンドライトの先端はブロックできるサイズだ。
非常に薄い絶縁材が安全性を上げる
この新しい絶縁材の膜は非常に薄くできるという。そのため、従来のリチウムイオン電池と同じサイズでも、より大きなエネルギーを出すことができるし、同じ電力でいいのならサイズを小さくすることができる。
またケブラーは熱にも強いので、その点でもリチウムイオン電池の安全性を上げることになる。
研究チームはすでにElegus Technologiesという企業を立ち上げて、商業化への道筋を作っている。この技術は2016年には大量生産を始められる予定だ。
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リチウムイオン電池は、ボーイング787のような大きな話題にならなくても、発熱によるやけどなどの事故がときどき起こっている。より安全に、そしてより小型になってくれるとありがたい。
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