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スタンフォード大学の画期的研究で、リチウムイオン電池の熱暴走、解決なるか?

1. スタンフォード大学の画期的研究

リチウムイオン電池は便利な一方で、過熱したり、時には爆発する危険さえあるものである。 パソコンやスマホその他電子機器における、いわゆる熱暴走の問題である。

 

今月12日、この問題の解決に取り組んできたスタンフォード大学の研究者グループは、 一定レベルの温度に達すると、自動シャットダウンする新型リチウムイオン電池を開発したと、発表した。

 

この新型リチウムイオン電池が画期的であるのは、過熱しても、一時的なシャットダウンによってスマホが 冷却されたら、バッテリーの再使用が可能であることだ。というのも、現状ではその他の最新のリチウムイオン電池では、 発火防止のための難燃性物質が内臓されているが、もしその物質による化学反応が起これば、バッテリー自体 が破壊されて、使い物にならなくなるおそれがあるからだ。

 

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2. テクノロジーの原理と実験の同大学による説明から

研究グループによる画像

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 グラフェンの一般イメージ

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ニッケルナノ粒子の一般イメージ

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同大学の公式プレスによると、バッテリー表面の熱センサーを開発するために、ナノテクノロジーを応用したという。 このセンサーは、ポリエチレン製の薄いフィルムに、グラフェンで覆われたニッケルのスパイク状ナノ粒子が埋め込まれたものである。 グラフェン(Graphene)とは、六角形の格子構造をもつ炭素原子のシートである。また、ナノ粒子(Nanoparticle)とは、1~100ナノメート ルサイズの粒子である。

 

このフィルムの原理はどうなっているのだろうか?

研究者らによる実験では、バッテリーを70℃に過熱したところ、フィルムは風船のように膨らみ、スパイク状の粒子は分離された。 バッテリーがシャットダウンし温度が下がると、粒子は再び元に戻って互いに接触し、電気を生み出すことが 確認されたという。さらに、粒子の数やポリマーの素材を調整することで、設定温度をコントロールすることも可能であると、研究者は語っている。

 

典型的なリチウムイオン電池は、2つの電極と、この2つの電極の間に荷電粒子を運ぶことができる 液状またはゲル状の電解質でつくられている。バッテリーに穴をあけたり、過充電することは、バッテリーに熱を 発生させる原因となる。そして温度が約150℃に達すると、電解質が発火して爆発する危険さえあるのだという。

 

また、この新技術は、製品に発火の危険性がある場合のメーカーのリコール問題を、未然に解決する糸口となるかもしれないとも指摘している。

 

なお、日本国内では消費者庁によると、PCバッテリーやスマホ充電器などの発火事故によるリコールは、近年多数発生している。 例えば、2014年には、 株式会社セブン-イレブン・ジャパンの販売するスマートフォン用充電器で、発火事故が発生したことから、合計で22万4100個 がリコール対象となった。最新情報については、同庁のリコール情報サイトでも確認できる。 http://www.recall.go.jp/

 

3. 追記

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ちなみに、電気ケトルやホットプレートなど、電気回路で動く家電製品の電源を、温度に応じて自動OFFする サーモスタット機能には、主にバイメタルが使われている。バイメタルでは、熱膨張率の異なる2種類の金属の板を張り合わせ、 温度変化によって生じる金属板の反り曲がりを利用することで、スイッチをOFFにする仕組みになっている。

 

リチウム電池でも、物理的なメカニズムに基づく自動シャットダウンの機能を搭載することが可能となるのか、 今後の応用が期待される。

 

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また、すでに研究者も述べているように、ハンマーなどでバッテリーに穴をあけて破壊したりすると発火の危険 があるので、十分注意する必要があるでしょう。地震の時などにも気をつけたいですね。

 

リチウムバッテリーは、ニッケル水素バッテリーに比べて軽量で高電圧、単位体積あたりの蓄積可能エネルギーは約2倍であり、 現代の最新テクノロジーを支える便利なものです。しかし、条件次第でとても危険なものになりうることも、心に留めておく 必要がありますね。

 

近年では、リチウムバッテリーの搭載規制を強める航空会社も、世界的に多くなっています。

Via:http://bgr.com/2016/01/12/lithium-ion-battery-stanford-researchers/

http://news.stanford.edu/pr/2016/pr-safe-battery-toggle-011116.html





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