GSアライアンスは、アルミニウムを負極として使い、電解質に水系電解液を用いるアルミニウムイオン電池(二次電池)を開発発表。リチウムと比べて豊富に存在し、素材としても安全性の高いアルミを使い、製造コストを抑えられる点も特徴としている。

  • 英国王立化学会(Royal Society of Chemistry)出版の学術論「Energy Advances」の表紙に採択されたデザイン

    英国王立化学会(Royal Society of Chemistry)出版の学術論「Energy Advances」の表紙に採択されたデザイン

水系電解液を用いたアルミニウムイオン電池の開発者は、GSアライアンスの代表取締役を務める森良平博士(工学)。自身の一連の研究を含めた内容を総説にまとめて発表し、英国王立化学会(Royal Society of Chemistry)の「Energy Advances」に受理され、表紙にも採用されている。

電気自動車(EV)やスマートグリッドの需要への対応にあたり、現行のリチウムイオン電池よりも容量が大きく、低価格な二次電池の開発が強く望まれている。

代替電池の候補のひとつとして注目を集めているのが、アルミニウムイオン電池。アルミニウムイオンの移動を応用して充放電する蓄電池(二次電池)で、電池容量は理論的にはリチウムイオン電池の10倍以上になるとされる。アルミニウムはリチウムと比べて量が豊富で安価なため、低コストで大容量のエネルギー貯蔵が可能になることも期待されている。

また、電解液に非可燃性のイオン液体や深共晶溶媒、及び水系の電解質を使用できるため、発火リスクが低く安全性が高いほか、理論上はリチウムイオン電池より高速な充電が可能で、1万回以上の充放電サイクルを実現したという報告もあるとのこと。

  • 水性アルミニウムイオン電池の概念

    水性アルミニウムイオン電池の概念

同社はこれまでさまざまな二次電池の研究開発を行う中で、アルミニウム空気電池の研究も進めてきた。しかしその構造に由来する電解液の蒸発などにより大型化が難しく、アルミニウムが電解液に溶解後、還元されてアルミニウム金属に戻る反応が不安定ということもあって、製品化は困難だったという。

GSアライアンスは今回、負極にアルミニウムを使い、正極には炭素系や酸化物系といったさまざまな材料を検討。電解質には水系の電解液を用いて、アルミニウムイオン電池を試作した。

負極アルミニウムの重量に対して、通常の室温大気下、0.025Cの充放電下において、初期容量は約52mAhg-1を示し、50サイクルまでの電池容量はほぼ一定だったが、その後劣化。電池容量は「理論値よりはかなり低いので増やす必要がある」という。電圧については、0.7〜0.8Vとリチウムイオン電池より低かったが、直列回路を増やして対応できるとのこと。

今回開発したアルミニウムイオン電池には、サイクル特性の向上や、電池容量の低さの克服といった課題があるものの、「水系の電解液を用いているので、通常の大気中で製造できる」ことや、「電極、電解液などの電池の構成材料、製造工程を含めて(現行の)リチウムイオン電池や、イオン液体を用いているアルミニウムイオン電池よりも圧倒的に安くなる可能性がある」ことをメリットとして掲げている。

同社では「不燃性で、安全なので、まずはセンサーなどへの用途が期待できる」と説明。研究開発を継続して電池性能を改良し、「いずれはEVなどへの応用もめざす」としている。