レアメタル不使用のナトリウムイオン二次電池が秘める可能性

需給バランスや環境負荷の観点から、迫られるモバイルバッテリーの変革

今、みなさんはこの記事をどのデバイスで読んでいますか？
スマートフォンやノートパソコン、タブレットはもちろん、さっきまで遊んでいたかもしれない小型ゲーム機などの携帯型デバイス、需要がどんどん高まっている電気自動車や太陽光や風力発電の安定利用に、絶対と言っていいほど欠かせないのがリチウムイオン電池です。しかし、リチウムイオン電池はリチウムそのものや構成部材に至るまでレアメタルが多く使われています。さらにレアメタルには、毒性元素を含むものも多く、環境負荷の問題も見逃せません。そこで必要になるのが、より効率的な化学・電気エネルギー変換の可能な新材料ですが、この分野で大きな貢献を期待できるのが電気化学です。

日本を囲む海洋を資源に変える
誰も成功しなかったテーマへの挑戦

理学部の大きな研究テーマは未知の探究で、エンジニアリングやテクノロジーとは目指す場所が違います。とは言え、誰も着手したことがないことや成功したことのない研究に挑むという一方で、私は応用化学科なので応用を志向する研究を行っています。
それが、現在取り組んでいる「次世代電池」。リチウムに変わる二次電池として「ナトリウムイオン二次電池」や「カリウムイオン二次電池」の実用化を目指し、その電池材料の合成や充放電反応を発見し、それを、応用する研究を行っています。なぜ、ナトリウムに目をつけたのか。それはリチウムと同じアルカリ金属で性質が似ている一方で、 リチウムと異なり自然界に豊富に存在する資源だからです。海中には塩分と共に大量のナトリウムが存在します。採掘のために環境を破壊するリスクも減りますし、海洋国家である日本は資源に囲まれているとも言えるのです。
ナトリウムイオン二次電池の研究は過去にも行われていたのですが、私が本格的に研究を始めた2005年ごろでは成功例がありませんでした。研究すればするほど難しくて、リチウムに対してナトリウムでは電池性能が向上する原理がなく実用化できない、という意見が多数を占めていました。
実際に私が研究に取り組んでから3年間はいい結果が得られませんでした。ですが、失敗には新しい気づきもあります。うまくいかない理由などが少しずつわかり、研究を取り組む中でたまにうまく行く事を繰り返しながら、電池の寿命が3回程度だったものが、実験を続けるうちに寿命100回以上を超えるまでになりました。

自分の興味に向けるエネルギーこそ、未知の分野に進む原動力

先にも書いたように、理学部のテーマは未知の探究です。人類未踏の、とか今まで調べられて解明されてこなかった事象に挑みます。この学部は、普段の勉強をこなした上で興味や関心があることをどんどん掘り下げられる人は向いていると思います。例えば、お金にもならないしすぐには役に立たないけど、自分の興味があることをとことん楽しめる。そんな情熱が皆さんの研究に向かうエネルギーになると思います。