ハイブリッド車は、ブレーキを踏むと回生ブレーキが発電して充電します。ナトリウムイオン電池は急速な充放電が得意なので、10秒程度であっても発生した電気を無駄なく電池に貯め込みます。また、アクセルを踏んで加速する時にも効果的です。 また駒場教授が今、強い期待をかけているのがカリウムイオン電池である。すでにリチウムイオン電池と同等以上の性能を確認した。カリウムも、ナトリウムと同じように地球上に豊富に存在している。 中国、韓国はじめ、欧州、米国、豪州も、ナトリウムイオン電池の研究で成果を上げています。リチウムイオン電池の研究では日本が圧倒的に強かったので、各国は「別の電池で追いつけ追い越せ」と、ナトリウムイオン電池に力を入れています。中国ではベンチャー企業が安く作って超低価格のミニEVに搭載する例まで登場しています。 受賞歴： 2015年、第11回日本学術振興会賞。2019年、電気化学会学術賞。, Sponsor Content Presented By※日本IBM社外からの寄稿や発言内容は、必ずしも同社の見解を表明しているわけではありません。, ニューノーマル時代にアートが果たす役割——「アルス エレクトロニカ」が目指す未来とは, コロナ禍を機にデジタル化は10倍速、100倍速で進む――日本にとってはイノベーションのビッグチャンス, 化学者は究極のものづくりに挑む ――“美しい”分子には世界を変える無限の可能性がある. 濃厚電解液はカリウムイオンの濃度を高めた溶液で、ジメトキシエタンという有機溶媒を用いました。それに正極と負極を合わせた3点セットで電池を組むことができます。正極はプルシアンブルーという、ドイツで発明された鉄やカリウムを含む青い顔料です。負極はリチウムイオン電池と同じものを使います。電流を流す負極の基板には、リチウムイオン電池では銅箔が必要でしたが、これをアルミ箔で置き換えられます。銅は10円、アルミは1円硬貨の主成分ですから、電池の低コスト化がさらに進みます。 そのころリチウムイオン電池の研究開発が急速に進んでいましたが、レアメタルであるリチウムを大量輸入して大型電池に使うことは、将来技術としても、コスト面からみても大きな問題です。そこで輸入依存から脱却でき、同時に低コスト化が期待できる電池として、私が研究していたナトリウムイオン電池が脚光を浴びることになったのです。, ――リチウムイオン電池は、スマホや電気自動車（EV）などで広く使われていますが、長い目で見れば弱点を抱えているわけですね。, 駒場 リチウムは南米のチリやボリビアに偏在しており、地球の地殻成分の0.002%しかありません。わが国は全面的に輸入に依存しているので、原料の安定供給に不安が伴います。今は問題なく輸入できますが、もし紛争など何かの事情で輸入できなくなれば、リチウムイオン電池の生産はできません。その意味で、日本の電池産業は大きなリスクを抱えているのです。 TRANSLATION BY GALILEO, 当時オックスフォード大学の教授だった物理学者のジョン・グッドイナフが、1980年に初めて充電式のリチウムイオン電池を開発したとき、彼はコバルトを必要としていた。コバルトはエネルギー密度が高く、大出力が求められる小型バッテリーにとって最適であることが、実験によってすでに証明されていたのだ。, そこでグッドイナフは、コバルトが含まれる鉱石を超高温で加熱して、自らコバルトをつくり出した。コバルトは現在、ほとんどのリチウムイオン電池に使われているが、採掘には相当な犠牲を払っている。, 銀色に輝くこの金属は高価だが、それだけではない。「邪悪なコスト」が存在するのだ。コンゴ民主共和国における産出に関しては、子どもを使った採掘など人権侵害の長い歴史がある。, 電子機器メーカーや電気自動車（EV）メーカーは、大金を払ってこうした残虐行為に加担したくはないと考えている。こうした理由もあり、自社の電池に使用するコバルトの量を減らそうとしてきた。, 例えば、テスラに電池を供給しているパナソニックは2018年5月末に、コバルトを必要としない電池を開発中であることを明らかにしている。そして同社にとって役立つことがある。グッドイナフなどの研究者はすでに、コバルトを必要としない充電式バッテリーも開発しているのだ。, リチウムイオン電池では、電池の正極はコバルト酸リチウムなどのリチウム含有遷移金属複合酸化物、陰極は黒鉛系炭素を構成材料としている。この記事を読んでいる読者が使用しているデヴァイスの電池も同じ構造だ。, EVに使用するバッテリーの正極は通常、小型のデヴァイスよりもニッケルの割合が高い。そのためコバルトのサプライチェーンへの負担は軽減されるが、処理コストは高くなる。また、サムスンの悪名悪い「Galaxy Note 7」のように、飛行機内で発火する［日本語版記事］可能性が若干高まる。, グッドイナフをはじめとする電池研究者たちは、マンガンや鉄など、コバルトの代替素材へと向かっている。, 御年96歳でいまでもテキサス大学で工学部教授として働いているグッドイナフは、「コバルトは高価なので、人々はこれを使わずに済むよう最善を尽くすでしょう」と語る。この2年間でコバルトの価格は4倍になっている。, 携帯型の電子機器が現在、コバルトの大部分を使用している。しかし、EVの電池には携帯電話の約1,000倍のコバルトが必要になる。気候変動などの理由から、エンジンを搭載したクルマを下取りに出し、EVを購入する人の数が増え続けている。こうした傾向は地球にとって好ましいことではあるのだろうが、コバルトの価格を急騰させる結果となっているのだ。, コバルトは、ニッケルや銅などほかの金属の生産過程で出る副産物だ。だが単独でも地殻に存在しており、主にコンゴ民主共和国の鉱山に見られる。『ワシントン・ポスト』は2016年に、これまで不透明だったコバルトのサプライチェーンを調査し、児童労働の慣行と、必要な装備の不足を明らかにしている。, もちろん、採掘の危険を回避する方法はほかにもある。「リサイクル（再利用）」だ。しかし、リチウムイオン電池の寿命は非常に長いため、「今後10年間にリチウムイオン電池を購入する人の数は、手放す人の数を上回るでしょう」と、マサチューセッツ工科大学でエネルギーを研究しているエルサ・オリヴェッティ教授は説明する。, オリヴェッティは17年10月に発表した論文で、特に電気自動車が増加している現状で、今後2年間の需要を満たすには「コバルトの供給をすぐに増やす必要がある」と結論付けている。正極の開発とコバルトの調達の両方が過去8カ月で進んだものの、「われわれ全員がコバルトについて、“もっとよく考えなければならない”という、一般的結論は変わらないだろう」と論文には書かれている。, だが論文によると、「人々はそうした行動をすでに始めている」のだという。リン酸鉄リチウムなど、安定性とエネルギー密度の高い金属を用いた正極の開発が進められている。, 研究者は、さらに先進的な次世代型の「全固体電池」にも注目している。全固体電池では、必要となるリチウムの量は増えるが、コバルトは不要であるため、現在のリチウムイオン電池よりも安全性が格段に向上すると期待されている。BMWやトヨタ自動車、ホンダなどの自動車メーカーは全固体電池の研究を進めているが、オリヴェッティは「この技術が市場に十分行き渡るのは25年以降になるだろう」と考えている。それまで各メーカーは、コバルトを使った電池の影響を緩和する努力を続けることになる。, アップルやサムスンなどの企業は、「Responsible Cobalt Initiative（責任あるコバルト・イニシアチヴ）」［PDFファイル］に参加して、コバルトのサプライチェーンが環境と社会に与える最悪な影響に対処すると約束している。さらにアップルは最近、コバルトを採掘者から直接購入し、供給業者が労働環境基準をきちんと満たしているかチェックを始めた。, グッドイナフは、96歳のいまでもコバルトについて考えている。コバルトなしで動作する電池を開発してもいるが、「コバルトがわたしたちの耳から数ミリの位置にある時代は終わっていない」と彼は考えている。「価格は高いが、自分が開発した最初のリチオムイオン電池の設計は、いまでも十分通用します」と、グッドイナフは言う。, 次の10年を見通すインサイトが詰まった記事が毎朝届く、サブスクリプションサーヴィス。. 化学者である私としては、リチウム、ナトリウム、カリウムの電池の材料研究がこれからそれぞれどのように発展するか、大変興味があります。, この他、今、国内外で研究されている電池としては、大手自動車メーカーが取り組んでいるリチウムの全個体型電池、マグネシウム電池、アルミニウム電池、空気電池、リチウム硫黄電池が期待されています。ナトリウムイオン電池やカリウムイオン電池についても全個体化の研究が活発化しています。, ――電池の開発はかつて日本が得意としてきた分野です。現在の研究水準や総合力をどのように見ておられますか。, 駒場 かつて電池研究は日本の独壇場で、リチウムイオン電池もニッケル水素電池も日本で開発、実用化されました。今も研究の総合力は高いですが、産業としてはなかなか厳しい。日本が強かったリチウムイオン電池の市場は成熟し、これからはコストが安い国が有利になるので、コスト競争では日本は太刀打ちできなくなります。, ただ、電池の安全性を高める技術は日本が依然優れています。EVでは、ガソリンタンクを電池に置き換えて走行するので、ガソリンと電池が蓄えているエネルギーは同じになり、発火の危険性が常につきまとう。もし、EVが走行中に電池が火を噴いたら、乗っている人の命に関わるので、安全性は非常に重要です。でも中韓も国策としてエネルギーや電池に力を入れているので、日本が勝ち続けられるかどうか分かりません。, 電極の材料研究では、大型放射光施設であるSPring‐8（兵庫県佐用町）も活用しています。充放電する電池の内部で化学物質がどう変化しているかを精密に見ることができます。物質探索の次の戦略を考えることができるので、大変役立ちます。, ――先生は「他の分野の研究経験があれば、研究の行き詰まりを打開できる」と述べておられます。ご自身の経験を基にそのわけをお話しいただけますか。, 駒場 私はもともと音楽好きの少年で、とくに理科が好きなわけではありませんでした。早稲田大学に入ってもオーケストラでトランペットを吹いていましたが、大学院生になった時に自分の書いた研究論文が世界で初めてだったと分かった時はうれしくて、いまだに、研究者人生を楽しんでいます。 電池材料メーカーの格林美は5月14日、正極のコバルト含有量を100分の1以下にできる前駆体（訳注：正極材料を合成する基になる金属水酸化物）を開発したと発表した。 新たに採用する電池は、リン酸鉄リチウムを正極材に使うリチウムイオン電池である。テスラはこれまで、ニッケル-コバルト-アルミニウム酸リチウムから成る、いわゆるNCA系の正極材を使う電池 … レアメタルに対して，ナトリウム、カリウム、鉄などは「コモンメタル（汎用金属）」と呼ばれます。リチウムとナトリウムは元素の周期表で隣にある元素で、性質が非常に似ています。ナトリウムは地殻の2.8％を占めるほど豊富、海水にも含まれていて低コストで入手できます。ナトリウムをリチウムの代わりに利用できれば、資源確保の問題は大幅に改善されるでしょう。だからこそナトリウムイオン電池の開発に取り組む意義は大きいのです。そこでリチウムをナトリウムに置き換える研究が世界で一斉に始まりました。, 図表2： 「元素周期表からみた電池～ポスト・リチウム」リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）は周期律表では隣にある。 資料提供：駒場慎一教授, 文部科学省は今、「元素戦略プロジェクト」を進めています。私たちの暮らしは多くの材料で成り立っています。資源の枯渇を見据えて、資源の豊富な汎用元素をベースに優れた材料を創出しようという計画で、私も参画しています。, ――定置型の大型ナトリウムイオン電池は、具体的にどのような使い方が想定されるのでしょうか。, 駒場 大きいサイズだと、原子力発電所や火力発電所の隣に巨大な蓄電所として建設します。電力需要が減る夜間の余剰電力を電池に貯めておき、昼間に使うのです。 1970年、埼玉県出身。早稲田大学理工学部応用化学科卒業、同大学理工学研究科応用化学専攻博士課程修了。1996年、日本学術振興会 特別研究員。1998年、岩手大学 助手。2003年、フランス・CNRSボルドー固体化学研究所 博士研究員 （文部科学省在外研究員）。2005年、東京理科大学 講師。2008年、東京理科大学 准教授。2013年～京都大学 拠点教授(元素戦略プロジェクト)。2013年～東京理科大学 教授。
［１８日 ロイター］ - 電気自動車（ＥＶ）向けのリチウムイオン電池に不可欠で高価なコバルトの代替品を開発する競争が激化する中、米ＩＢＭ
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