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バッテリー革命の過去と未来。モバイル機器を支えるリチウムイオン電池やそれ以前の2次電池の歴史を振り返り、未来の電池を考察する【コラム】

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リチウムイオン電池と未来のバッテリー事情について考えてみた!

スウェーデン王立科学アカデミーは9日(日本時間)、リチウムイオン二次電池(リチウムイオン電池)の開発に貢献した3人の化学者へノーベル化学賞を贈呈すると発表し、そのうちの1人として旭化成名誉フェローの吉野彰氏が選ばれました。日本人のとしてのノーベル賞受賞者では27人目、ノーベル化学賞受賞者としては7人目となります(ノーベル化学賞自体の日本人受賞歴は6回)。

リチウムイオン電池と言えば、もはや知らない人やお世話になっていない日本人は皆無と言っても良いでしょう。私たちが毎日使っているスマートフォン(スマホ)やフィーチャーフォンと切っても切れない関係にある重要な部品です。リチウムイオン電池がなければモバイル製品は何も動かないと思っても良いくらいです。

リチウムイオン電池は市販化から約30年の間、ひたすらに性能向上を目指し技術的な革新を何度も繰り返しながら容量を増やしてきましたが、その技術的向上も限界に達しつつあります。果たしてリチウムイオン電池はこれからも人々の生活のスタンダードであり続けるのでしょうか。それともまた新たなバッテリー技術が生まれ、人々の生活を一変させていくのでしょうか。

感性の原点からテクノロジーの特異点を俯瞰する連載コラム「Arcaic Singularity」。今回はリチウムイオン電池の歴史やその背景を紐解きつつ、21世紀のバッテリー技術について考察します。

災害対策として大容量のモバイルバッテリーを購入した人も多いだろう

■バッテリー革命を起こしたリチウムイオン電池

筆者が初めて再充電が可能な「二次電池」(充電池、蓄電池)というものに触れたのは35年ほど前のこと。父親にクリスマスプレゼントで買ってもらったラジコンカーのバッテリーでした。そのラジコンは、いわゆるスティック型のバッテリーではなく普通の単3乾電池を6本ほど使うタイプで、父がラジコンとともに単3乾電池タイプの二次電池を買ってくれたのです。

その二次電池は「ニッカド電池」と呼ばれるもので、正式には「ニッケル・カドミウム蓄電池」というものです。その名の通り公害の原因ともなったカドミウムを用いるために廃棄時の扱いが難しいことや、自然放電量が大きく長期間の蓄電に向かないなどの欠点がありますが、大出力に向いた放電特性や過充電に強いなどの特性から、現在でもラジコン用や工業用の二次電池として利用されています。

ニッカド電池は昭和の高度成長期を支えた二次電池だ(画像はWikipediaより引用

その後、小型モバイルデバイス向けの二次電池としてニッケル・水素充電池が登場します。ニッケル・水素充電池には、通信衛星や宇宙探査機向けとして開発・運用されている「Ni-H2」方式のものと、小型化が容易でモバイル機器に適した「Ni-MH」方式のものがありますが、私たちがかつてソニーの「ウォークマン」シリーズなどで使っていたものは「Ni-MH」方式です。

ニッカド電池よりも高容量である点や自然放電が少ない点、そして長時間安定した放電圧を保てる点などがメリットとされ、平成初期から中期まで二次電池として多く用いられました。

当時の三洋電機製二次電池「eneloop(エネループ)」は、単3乾電池型をしたニッケル・水素充電池として大ブームになりました。エネループブランドと技術はその後パナソニックが引き継ぎ、現在も販売されています。

ソニーは現在もウォークマン用のニッケル・水素充電池を販売している

単3乾電池タイプの二次電池はTVのリモコンや懐中電灯などにピッタリだ

そしていよいよリチウムイオン電池が登場します。リチウムは可燃性の高い金属で爆発的に燃焼することから扱いが難しく、バッテリーとしての安全性を確保するまでに多くの時間と技術的なブレイクスルーを必要としました。それらの問題を克服し、携帯電話やモバイルノートPCの電池として活用が始まったのが1990年代です。

その電気容量はニッカド電池やニッケル・水素充電池よりも遥かに大きく、技術の向上によってさらなる大容量化も見込まれたため、瞬く間にモバイル製品へ採用されていきます。

フィーチャーフォン時代には600mAhや700mAhといった容量であった携帯電話用のバッテリーも、スマホの登場とその急激な性能向上に合わせるようにして1,000mAh、1,500mAhと次々に大容量化し、現在では4,000mAhや5,000mAhといった、超大容量を搭載するまでに進化しました。

2008年発売のパナソニック モバイルコミュニケーションズ製フィーチャーフォン「831P」の電池パック。770mAhは当時標準的な容量だった

2019年11月に発売を予定しているOPPO製スマホ「OPPO A5 2020」は、5,000mAhの超大容量バッテリーを搭載

電池容量(バッテリー容量)の増大はモバイルデバイスの進化そのものです。端末性能の向上はより多くの電力を必要とします。いくら省電力技術が発達したとは言え、バッテリー容量が同じままでは連続駆動時間が短くなるばかりです。極性材料や電解液の改良によって毎年のように高性能化を果たしてきましたが、しかしその大容量化にも限界が見え始めています。

そもそもが可燃性材料であるリチウムを基本素材としているだけに、エネルギー密度の過密化自体に危険が伴います。そこで現在、リチウムイオン電池に代わる新たな電池素材や安全なエネルギー源の模索が行われています。

今年7月に発表された、消費者庁によるモバイルバッテリーの事故への注意喚起

モバイルバッテリーの事故は2018年に急増した。普及が進んだことによる粗悪製品の増加、知識不足からの誤った利用、経年劣化による故障などが大きな要因と見られる

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