「空気電池」というものをご存知でしょうか?
燃料電池の一種として分類されているもので、軽量で小型という特徴から補聴器などに使われることがある電池です。
まだいろいろと課題のある「空気電池」ですが、近年技術発達が進み、大きな期待が寄せられています。
ここでは近年注目されている「空気電池」とは何なのか、またどのような技術として活用されるのかについてご紹介します。

空気電池とは

空気電池とは、プラス極の活物質(電子の受け渡しをする物質)に酸素、マイナス極の活物質に金属を用いる電池のことです。金属空気電池とも呼ばれています。
プラス極の活物質が空気中の酸素であることから、活物質を充填する必要がなく、マイナス極活物質である金属を電池内に大量に補充しておくことができるというのが特徴です。
空気中の酸素をプラス極の活物質として使用するため、充填する必要がありません。そのため同容量の他電池と比較し、小型で軽量というメリットがあります。

またマイナス極の活物質として利用されるのは亜鉛やアルミニウムなど埋蔵量の多い物質なので、コストや環境負荷の面でもメリットがあると言われています。

また、二酸化炭素排出量のない電気自動車の動力源としての期待も集めています。現在電気自動車の動力源として使われているのはリチウム蓄電池(二次電池)ですが、リチウムイオン二次電池の容量には理論上限界があり、現在使われているリチウムイオン二次電池の水準はすでにその上限に近い状態です。そこで、より容量を持つことができる空気電池が、今後の電気自動車の動力源になるのではないかと言われています。

空気電気の課題

期待が高まっている空気電池ですが、課題もあります。
空気電池で放電するには、空気中から吸収した酸素を水酸化物イオンへ変換する必要があります。しかし酸素はイオン化の速度がマイナス極の金属と比べて劣り、そのことがエネルギー効率の上がらない要因となっています。

二次電池(充電して繰り返し使える電池)としての実用化の課題として、マイナス極活物質(亜鉛やアルミニウムなどの金属)や電解液の耐久性が悪いことが挙げられます。
充電を繰り返すと、マイナス極活物質が金属樹(デンドライト)成長して短絡が生じ、安全面で不安があります。
また酸素を取り込むしくみのため密閉できず、電解液の劣化が進んでしまいます。
こうしたことで充電サイクル寿命が短く、充電効率が悪くなります。

またマイナス極の電極を交換して再利用する場合、精錬して再度金属電極として使うには大きなエネルギーが必要で、エネルギー収支上も問題があります。

課題の解消に向け、電極や電解液などの研究開発が進められています。

エネルギー効率と電池寿命を改善!

物質・材料研究機構(NIMS)の研究チームが、2017年の7月末、リチウム空気電池のエネルギー効率と電池寿命を改善する新しい電解液の開発に成功したと発表しました。
支持塩として臭化リチウムと硝酸リチウムを含む混合電解液です。これにより充電電圧が約3.5Vまで低くなり、エネルギー効率が従来の60パーセントから77パーセントまでに向上しました。
この新電解液は、リチウム金属の金属樹化を防ぐことにも効果を発揮しており、充放電サイクルが従来の20回以下から50回以上と長寿命化にも成功しました。
前項で紹介した課題の2つが解決したことになったと言えるでしょう。

新しい電解液の登場で従来の課題を解消しつつある空気電池。これから改善が重ねられ、人々の生活に欠かすことのできない動力源になっていくと思われます。
今後も空気電池に注目していきましょう。