リチウムイオン電池とノーベル賞の関係

リチウムイオン電池とノーベル賞の関係

 

「スマホ向けバッテリー」「電気自動車搭載電池」「家庭用蓄電池」などさまざまな用途に、リチウムイオン電池が採用されています。私たちが生活する上でとても重要な製品の一つといえます。

 

リチウムイオン電池は他の二次電池と比較して、高エネルギー密度、高電圧作動、長寿命などの大きなメリットがあることが、最終製品に搭載されている主な理由です。

 

このように、リチウムイオン電池が世の中に与えた良い影響は非常に大きいですが、関連する分野におけるノーベル賞の受賞歴はいまのところありません。

 

それでは、なぜリチウムイオン電池関連分野において、ノーベル賞の受賞経験がないのでしょうか。

 

ここでは「リチウムイオン電池とノーベル賞」に関する以下の内容について解説していきます。

 

・リチウムイオン電池とノーベル賞 リチウムイオン電池の長所(特長)

 

・リチウムイオン電池関連分野でノーベル賞の受賞がない理由

 

というテーマで解説していきます。

 

 

リチウムイオン電池とノーベル賞 リチウムイオン電池の長所(特長)

 

先にも述べたように、リチウムイオン電池は高容量、高エネルギー密度、高電圧作動、長寿命などの各種性能がとても高いです。

 

ここで、簡単にリチウムイオン電池の動作原理について概要を解説していきます。以下にリチウムイオン電池の構成イメージを示します。

 

 

 

基本的に、正極活物質がLiイオンの供給源であり、外部からエネルギーをかけ充電すると、電解液を介して、負極活物質中にLiイオンがインターカレーションされていきます。このとき、正極と負極が直接接触する短絡が起こらなず、かつリチウムイオンのみを通すセパレータを電極間に挟みます。

 

このとき、正極活物質と負極活物質の電位差が大きいため、その動作電圧(作動電圧)が高くできます。

 

電解液には従来から使用されている水系の電解液ではなく、有機溶剤系の電解液を使用することで高い電圧にも耐えられる設計になっています。

 

同時に、「コバルト酸リチウム(LCO)のようなリチウムを含む酸化物を正極活物質」「黒鉛のような炭素系材料を負極活物質」として採用しており、材料自体の容量(比容量)が高いです。結果として、電池も高容量になります。

 

そのため、エネルギー密度 = 容量×平均作動電圧 /  (質量 or 体積)も結果として高くなるのです。

 

このようにリチウムイオン電池では各種性能が非常に高いです。スマホ搭載電池があれだけ薄くて、長時間電池がもつことを考えると、ものすごい技術であることがわかります。

 

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リチウムイオン電池関連分野でノーベル賞の受賞がない理由

 

さまざまな分野で社会に貢献しているリチウムイオン電池ですが、これだけ影響力があるにもかかわらず、関連分野でなぜノーベル賞の受賞がないのでしょうか。

 

実はリチウムイオン電池の課題である「安全性が低いこと(危険性)」がノーベル賞が取れない理由と考えられています。

 

ノーベル賞の受賞条件としては、先にも述べたような、人々への貢献度だけではなく、リスク面も考慮されるためです。

 

リチウムイオン電池では、先にも述べたように「正極材」「負極材」「電解液」「セパレータ」などから構成されます。

 

ここで、各々の部材がマイクロオーダーと非常に薄いです。そのため、外部から強い衝撃が加わったり、変形したり、落下させたりすると、セパレータが破れ正極と負極の短絡が発生し、発熱反応が起こります。

 

すると、この発熱反応がトリガーとなり、他の各発熱反応を連鎖的に引き起こします。結果として、発火や爆発につながるリスクがあるのです。

 

以下のようなイメージです。

 


他にも、機械的な要因でなく、電池の過充電などの電気的な要因がトリガーとなり、発火につながるケースもあります。

 

このようにリチウムイオン電池の弱点ともいわれる安全性を克服することができると、ノーベル賞の受賞もより高まるでしょう。

 

例えば、次世代電池である全固体電池では、セパレータと電解液が固体電解質に置き換わるために、短絡が起こりにくく、かつ短絡が発生しても発火につながるリスクが非常に小さいです。

 

他にも正極活物質にリン酸鉄リチウムを使用したり、負極活物質にチタン酸リチウムを使用したりすることによって、発火する危険性が下げることもできます。

 

このようなリチウムイオン電池の改良によって、リチウムイオン電池関連分野からノーベル賞が受賞される日も遠くないでしょう。

 

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