日本新闻: リチウムイオン電池の発火リスク低減に向けた設計変更の可能性――新たな電解質導入による安全性向上の研究

スマートフォンや自動車じどうしゃをはじめとする多様たような製品せいひんに広ひろく用もちいられているリチウムイオン電池でんちは、適切てきせつな保管ほかんや充電じゅうでんが行おこなわれている限かぎり、極きわめて高たかい安全性あんぜんせいを有ゆうしていると言いえる。
しかし、現実げんじつには世界中せかいじゅうで数千件すうせんけんにも及およぶ発火はっか事故じこが報告ほうこくされており、時ときには死傷者ししょうしゃを伴ともなう深刻しんこくな事態じたいに至いたることも少すくなくない。
リチウムイオン電池でんちには可燃性かねんせいの電解質でんかいしつが含ふくまれており、これはリチウム塩えんを有機溶剤ゆうきようざいに溶とかした溶液ようえきで、電荷でんかの移動いどうを可能かのうにする役割やくわりを果はたしている。物理的ぶつりてき損傷そんしょうや過充電かじゅうでん、極端きょくたんな温度おんど、さらには製造上せいぞうじょうの欠陥けっかんなど、さまざまな要因よういんによって電池でんちが不安定化ふあんていかした場合ばあい、急激きゅうげきな発熱はつねつとともに発火はっかし、「熱暴走ねつぼうそう」と呼よばれる連鎖的れんさてきな危険きけん反応はんのうが生しょうじることがある。
特とくに航空業界こうくうぎょうかいにおいては、機内きないに多数たすうの電池でんち搭載機器とうさいききが持もち込こまれていることから、客室きゃくしつや貨物室かもつしつでの火災かさいが機体きたい全損ぜんそんに直結ちょっけつする恐おそれがある。
実際じっさい、今年ことし1月がつに韓国かんこく・釜山ぷさんで炎上えんじょうしたエアバスA321の事故じこでは、頭上ずじょう収納棚しゅうのうだなに保管ほかんされていたモバイルバッテリーが発火源はっかげんであった可能性かのうせいが高たかいとされ、この事例じれいを受うけて一部いちぶの航空会社こうくうがいしゃでは同様どうようの機器ききの持もち込こみを制限せいげんする措置そちが取とられている。
こうした状況じょうきょうを踏ふまえ、香港中文大学ほんこんちゅうぶんだいがくの研究けんきゅうチームは、リチウムイオン電池でんちの安全性あんぜんせいを飛躍的ひやくてきに高たかめるための設計せっけい変更へんこうを提案ていあんした。従来じゅうらいの電解液でんかいえきに含ふくまれる化学物質かがくぶっしつを新あらたなものに置おき換かえることで、既存きぞんの製造せいぞうプロセスに大おおきな変更へんこうを加くわえることなく、迅速じんそくに導入どうにゅう可能かのうである点てんが注目ちゅうもくされる。
研究けんきゅうを主導しゅどうしたスン・ユエ氏し（現げんバージニア工科大学こうかだいがく博士研究員はくしけんきゅういん）によれば、「室温しつおんで高たかい性能せいのうを確保かくほしつつ、高温環境下こうおんかんきょうかでも優すぐれた安定性あんていせいを発揮はっきする温度感応性材料おんどかんのうせいざいりょうの設計せっけい」によって、安全性あんぜんせいと性能せいのうの両立りょうりつが困難こんなんであった従来じゅうらいの課題かだいを克服こくふくすることができたという。
具体的ぐたいてきには、2種類しゅるいの溶媒ようばいを含ふくむ新規しんき電解液でんかいえきを用もちいることで、室温しつおんでは第一だいいちの溶媒ようばいが電池でんちの化学構造かがくこうぞうを安定化あんていかさせ性能せいのうを最適化さいてきかし、一方いっぽうで過熱時かねつじには第二だいにの溶媒ようばいが主導的しゅどうてきに作用さようし、構造こうぞうを緩ゆるめて熱暴走ねつぼうそうに繋つながる反応はんのうを遅延ちえんさせる仕組しくみとなっている。
実験室じっけんしつにおける試験しけんでは、釘くぎによる貫通試験後かんつうしけんごの温度上昇おんどじょうしょうがわずか3,5度どにとどまり、従来型電池じゅうらいがたでんちで観察かんさつされた555度どという急激きゅうげきな温度上昇おんどじょうしょうは認みとめられなかった。さらに、電池でんちの性能せいのうや耐久性たいきゅうせいについても、1000回かいの充電じゅうでんサイクル後ごで80％以上いじょうの容量ようりょうを維持いじするなど、従来じゅうらいと遜色そんしょくない水準すいじゅんが確認かくにんされた。
この新あらたな電解質でんかいしつは液体えきたいであるため、既存きぞんの製造せいぞうラインに大おおきな変更へんこうを加くわえる必要ひつようがなく、容易よういに導入どうにゅうできると香港中文大学ほんこんちゅうぶんだいがくの機械きかい・自動化工学じどうかこうがく教授きょうじゅであるルー・イーチュン氏しは述のべている。電極でんきょくの製造せいぞうが最もっとも難むずかしい工程こうていである一方いっぽう、電解質でんかいしつは液体えきたいであるがゆえに、新あらたな設備投資せつびとうしや工程追加こうていついかを必要ひつようとしない点てんも大おおきな利点りてんである。
新手法しんしゅほうの導入どうにゅうにより製造せいぞうコストは若干じゃっかん上昇じょうしょうするものの、大量生産たいりょうせいさんが実現じつげんすれば現行製品げんこうせいひんとほぼ同等どうとうの価格水準かかくすいじゅんに収束しゅうそくする見通みとおしだと指摘してきされている。
現在げんざい、研究けんきゅうチームは商用化しょうようかに向むけて電池でんちメーカーと協議きょうぎを進すすめており、実用化じつようかまでには3～5年ねんを要ようする可能性かのうせいがあるとされる。また、試験しけん段階だんかいではタブレット端末たんまつを駆動くどうさせるための電池でんちが製造せいぞうされたが、自動車向じどうしゃむけなどさらなる大型化おおがたかには追加的ついかてきな検証けんしょうが不可欠ふかけつであるという。
このように、リチウムイオン電池でんちの安全性向上あんぜんせいこうじょうをめぐる今回こんかいの研究成果けんきゅうせいかは、今後こんごの産業界さんぎょうかいにとって極きわめて大おおきな意義いぎを持もつものと言いえる。

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