全固体電池はEVの性能を変える［英エコノミスト］

電気自動車（EV）に最も求めるものは何かと問われれば、多くのドライバーは次の3つを挙げるだろう。長い航続距離、短い充電時間、そして内燃エンジンを搭載した同クラスの車と競争力のある価格だ。これらの目標を達成するために、自動車メーカーは、現代のEVのほとんどを駆動する従来のリチウムイオン電池を、より高度な「固体」バージョンに置き換える方法を模索してきた。これらの新しいタイプの「スーパーバッテリー」は、長い間、充電の高速化と走行距離の大幅な拡大を約束してきた。長年の技術的な問題を経て、ついにその製造に向けた取り組みが実を結びつつあり、最初の全固体リチウムイオン電池は今後数年以内に生産が開始される予定である。

世界最大の自動車メーカーであるトヨタは、2012年に全固体電池の検討を開始した。何年もの間、実用的なプロトタイプを披露するつもりでさえあったが、ほとんど登場しなかった。しかし最近、同社は「技術的ブレークスルー」を達成したと発表し、早ければ2027年にも固体電池の製造を開始する計画を明らかにした。トヨタは、この新しいバッテリーによって、EVの航続距離は約1,200kmとなり、既存の多くのモデルの約2倍になると主張している。

電動化

トヨタだけではない。同様の性能は、全固体電池を開発する他のメーカーも宣伝している。例えば、日産は横浜にパイロット工場を建設中で、来年にはテストバージョンの製造を開始する予定だ。BMWはコロラド州に本社を置くバッテリー開発会社Solid Powerと提携し、ドイツに同様の工場を計画している。シリコンバレーの新興企業であるQuantumScapeは、主要な支援企業であるフォルクスワーゲン（VW）に固体電池のプロトタイプの出荷を開始した。

全固体電池の開発にこれほど時間がかかったことは、驚くべきことではないかもしれない。新しいタイプのバッテリーを実験室で機能させることは一つの問題だが、それを工場で何百万個も生産できるようにスケールアップするのは難しいビジネスだ。リチウムイオン電池は1970年代後半に発明されたが、それ自体が本格的に商業化されたのは1990年代初頭のことで、最初はノートパソコンや携帯電話などの携帯電子機器用として、その後、新世代のEVに使用できる大型バージョンとして開発された。

EVは自動車の黎明期から存在していた。実際、クララ・フォードは夫のヘンリーが作ったガソリン車よりも、1914年製のEV「デトロイト・エレクトリック」を愛用していた。しかし、これらの初期のEVや、その後に登場した他のEVは、高価で航続距離が限られ、しばしばナマケモノのような動きをする何十個もの重い鉛蓄電池を動力源としていた。軽量で大容量の充電が可能なリチウムイオン電池は、コストを下げ、航続距離を延ばし（図表1参照）、輸送の電動化を本格化させた。全固体電池は、もうひとつの変革をもたらす可能性がある。

自動車メーカーはもともと、安全性を向上させるために全固体電池に魅力を感じていた。というのも、従来のリチウムイオン電池には、パワフルであるがゆえにリスクがつきまとうからである。したがって、リチウムイオン電池が事故などで破損したり、充電中に過熱したりすると、爆発炎上する可能性がある。不燃性の固体電解質を使えば、それを防ぐことができる。固体電解質は、ポリマーやセラミックなど、さまざまな化学物質から作ることができる。しかし、大量生産の達人であるトヨタでさえ、当初は固体電池を長期間にわたって効率的に作動させるのは難しいと考えた。

固体電解質がそれ自体で電池の性能を向上させるとは限らない。しかし、例えばリチウムイオン電池を再設計することで、より小型・軽量化し、より少ないスペースにより多くのエネルギーを詰め込むことができるようになる。また、エンジニアはリチウムイオン電池の製造に使用できる材料の種類を増やし、その動作に手を加えることができる。