vol.4 東北大学原子分子材料科学高等研究機構准教授 一杉太郎さん高性能次世代電池「全固体電池で変わる」、次世代モビリティの未来とは

──全固体電池の特長はどこにあるのでしょうか。
　先ほども申し上げた通り、まずは安全性が向上する可能性があることです。これはモビリティが発展していくうえで絶対に欠かせない最も重要な要素であり、全固体電池はその安全性を高めます。次に、高出力が可能になることが挙げられます。高出力電池では、たくさんの電流を一気に流すことができ、自動車でいえば加速性能を向上させることができます。さらに、充電時間を短くすることも可能になります。この「安全性」「高出力」をキーワードに、いま次世代電池の研究が世界中で進んでいます。

──なぜ、全固体電池はそのような特長を持つことができたのですか。
　まず「安全性」でいえば、発火しやすい液体電解質を、燃えにくい固体電解質に換えることにより、液が漏れる心配と電解質が燃焼するリスクを小さくすることが可能になります。次に「高出力」については、全固体電池では電気抵抗が低い材料や、大電流を流しても変質しにくい材料を使うことが鍵です。ただ全固体電池では、用いる材料同士の接点、すなわち「界面」の電気抵抗が高いことが課題でした。そして、この電気抵抗をどこまで小さくすることができるのかもわかっていませんでした。しかし、私たちとトヨタ自動車の共同研究は、その電気抵抗をこれまでの液体電解質を使ったリチウムイオン電池に比べ、半分以下にすることを可能にしました。これは全固体高出力電池が実現可能であるということを実証したものです。作製工程を高真空下で行うことにより、不純物がなく高品質かつ、原子配列に乱れがない界面作製に成功しました。これによって、イオンが電池内を抵抗なくスムースに移動することが可能になり、低界面抵抗を実現したのです。

──次世代電池の製法において、真空状態が前提となると実用化は難しいのでは。
　確かに特殊な環境下での研究成果ではあります。ただ重要なことは、目標が「原理的に実現できない」のか、あるいは「工夫をすれば実現できる」のか、それを明らかにすることなのです。実用化を目指す上で、「工夫をすれば実現できる」のならば、エンジニアは様々な工夫をして、自信を持って実現を目指します。しかし、工夫をしても実現できるのかできないのかがわからないのでは、エンジニアは自信を持って開発を進められません。すると開発が成功する確率が低くなってしまいます。そのような意味で、今回はまず、「低抵抗界面は実現可能である」と実証したことに大きな意義があります。
　現在は特殊な環境が必要ですが、研究開発が進むと、より安価な方法で実現する方法が見いだされるものです。何度も過去にそのような経験をしてきました。現在は、液晶ディスプレイや半導体デバイス製造と同じような真空状態が必要ですが、研究開発が進めば、きっと別の方法で実現可能になることでしょう。なにしろ、低抵抗界面が実現可能であることがわかっているのですから。全固体電池開発には、この他にもいくつか課題はありますが、一つひとつ解決することにより、「量産性」をクリアでき、実用化へ向けて一気に進んでいくことでしょう。