本研究は、AZUL Energy、東北大学材料科学高等研究所の藪浩教授、電力中央研究所の小野新平上席研究員、英国Amphico Ltdからなる研究グループによる成果だ。
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金属空気紙電池は、環境にやさしい素材で構成されており、中性の電解液である塩水などに浸すことで発電できる。そのため、非常用電源やウェアラブル端末への適用が可能だ。
本研究の背景
持続型社会では、エネルギーの貯蔵や利用に大量の電池が必要となるため、高性能かつ環境にやさしい電池が求められている。しかし、一般的な電池の材料には、埋蔵量に限りがあり採掘の環境負荷も高いレアメタルや、毒性のある重金属、プラスチックが使用されている。
例えば、リチウムイオン電池ではリチウムを、燃料電池では白金を大量に使用しており、資源制約に加えて、難消火性や発火性などの安全性の問題がある。また、これまで金属空気電池に使用されてきた二酸化マンガンは重金属であり、毒性があり、かつ触媒としての性能も不十分だ。
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本研究の成果
本研究では、マグネシウム空気電池を、資源豊富なマグネシウム、紙、炭素をベースに、レアメタルフリーかつ安全なAZUL触媒を使用して作製した。
この電池は、ほとんど自然に還る材料で作られておりながら、1.8Vの電圧、100mW/cm2以上の高出力、968.2Wh/kg (Mg)の高容量という、高性能化を実現した。
※紙の表面に正極を形成し、反対側に亜鉛負極を配置する「金属空気紙電池」はこれまでも報告されていたが、電圧や出力が不足（一般的な単三乾電池の電圧1.5Vに劣る、出力が µW/cm2 レベルなど）しており、実用に耐えるものではなかった。
今後の展開
同社は創業当時から次世代エネルギーデバイスである金属空気電池に注力し、独自の触媒技術AZULによる高性能化に取り組んできた。これまでに一次電池の高出力化・高容量化に成功し、センサー用・補聴器用・ドローン用などの小型一次電池は実装フェーズに入っているという。
また、AZULはレアメタルの代替となる優れた触媒性能を持つだけでなく、金属錯体青色顔料とカーボンを原料にしており、安全性にも優れている*。そのため、今回の新型電池のように人が直接身に着けるセンサー端末から、大量の材料を消費する大型の電池まで、環境にやさしく高性能な電池を実現するキーコンポーネントとして活用できるという。
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同社は今後も金属空気電池の充放電対応や二次電池化に取り組み、さまざまなエネルギーニーズを満たすアプリケーションへの導入を通じて、豊かで持続的な社会の実現に貢献していくとしている。
*変異原性を評価するAmes試験やヒメマス急性毒性試験にて確認
本研究の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）国際コファンド事業(JPNP14005)の支援を受けて行われたものだ。
