世界を変えたリチウムイオン電池。現在、携帯電話やノートPC、電子たばこ、電気自動車（EV）にいたるまで、多くの充電式の電子機器に、リチウム電池は欠かせない存在になっている。

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リチウムイオン電池はエネルギー密度が高い優れたバッテリーだが、欠点もある。有毒で可燃性の材料が使われているため、ほんの小さな不具合が搭載機器の発火を招くことがあるのだ。

ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所（APL）の物理学者が率いる研究チームは、より安全な電池の開発が可能だと考えた。そしてこの5年間、故障の心配がないと思われるリチウムイオン電池を開発してきた。メリーランド大学の研究者と協力して2017年に最初に発表したその頑強な電池は、切断しても、射撃しても、曲げても、液体に浸しても、途切れることなく電力を供給し続ける。

さらに改良を進めたジョンズ・ホプキンス大学の同研究チームは、19年年後半になって耐火性を加え、電圧を市販製品と同等のレヴェルに押し上げた。サムスンはのどから手が出るほど欲しいだろう。

研究チームが開発したプラスティックに似た電解質に正極と負極を取り付けると、これまで見たこともないようなリチウムイオン電池が完成した。コンタクトレンズのように透明で柔軟性があり、無毒で不燃性で、ケースなしのむき出しの状態で製造および運用できる。さらに、あらゆる種類の乱用に耐えることもできる。PHOTOGRAPH BY JOHNS HOPKINS APL

不燃性で無毒な電解質を採用

APLの上級研究員で研究チームを率いるコンスタンティノス・ジェラソプロスによると、破壊不可能な電池の開発の鍵は、電池の正極と負極を分離する化学物質の寄せ集めである電解液にある。リチウムイオン電池を使うと、電解液内でセパレーターによって分離されている負極（アノード）から正極（カソード）へと電荷を帯びたリチウム原子（リチウムイオン）が移動し、化学反応が起きてエネルギーが生成される。

大部分のリチウムイオン電池の電解質は、可燃性のリチウム塩と有毒な液体の混合物である。このため現在のリチウムイオン化学分野は「爆弾を抱えているような状態」だと、APLの材料科学プログラムマネージャーであるジェフ・マランキは言う。

正極と負極を隔てるセパレーターが崩れ去ると、ショートして大量の熱が発生する。この熱が電解液などの引火性の高い物質に広がり、電解液中の正極からの大量の酸素を放出し、電子機器が発火することになる。

このような問題をすべて回避できるのが、電解質が不燃性で無毒な、水溶液系の水系リチウムイオン電池だ。水系リチウムイオン電池は25年前から存在しているが、これまでは電圧耐性が低すぎて役に立たなかった。APLの研究チームは、リチウム塩の濃度を高め、電解質をポリマー（非常に柔らかいプラスティックに似た材料）と混ぜることで、電位を約1.2Vから市販のリチウムイオン電池に匹敵する4Vへと高めることに成功した。

2年以内に市場に出る可能性

ジェラソプロスらの研究チームが開発したプラスティックに似た電解質に正極と負極を取り付けると、これまで見たこともないようなリチウムイオン電池が完成した。コンタクトレンズのように透明で柔軟性があり、無毒で不燃性で、ケースなしのむき出しの状態で製造および運用できる。さらに、あらゆる種類の乱用に耐えることもできる。

APLの研究チームはデヴァイスを塩水に沈め、ハサミで切断し、エアキャノンを使用して弾道衝撃をシミュレートし、火をつけるテストまで実施した（下記の動画で見ることができる）。これらのテストの最中も電池は電気を送り続けた。ある燃焼テストのあと、焦げた部分を切断したデヴァイスは100時間も正常に動作し続けた。

マランキによると、この新しい水系リチウムイオン電池は単なる実験にとどまるものではない。研究チームはいくつかのメーカー（名前は非公開）とすでに交渉を始めている。

新しい化学物質と形状などを既存のリチウムイオン製造施設に統合するのは、それほど難しくないとメーカー側は主張する。2年以内に市場に出る可能性があり、これまでどんな電池も使われたことがなかった場面で使われるようになる可能性があると、マランキは語る。

課題は充電できる回数

この新しい水系リチウムイオン電池は柔軟性があるので、ウェアラブル機器にも組み込める。最終的には衣服の繊維に直接組み込むことさえ可能だ。また、その頑強性から自律型の無人潜水機（AUV）、ドローン、衛星など、多くの軍事および科学分野での新しい用途が考えられる。

克服すべき技術的ハードルはまだいくつかある。例えば、水系リチウムイオン電池で処理できる充電サイクル数を増やす必要がある。一般的なスマートフォンのバッテリーは1,000回以上は軽く充電できるが、APLが開発したこの水系リチウムイオン電池は、わずか100サイクル後に効率が下がり始める。この問題は電解質の化学的な微調整で解決できるはずだと、ジェラソプロスは語る。

これでついに、発火するガジェットの時代に終焉が訪れるかもしれない。

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