全固体電池

波打つジュースをしっかり固めたゼリーにすれば、コップが倒れても中身が外にこぼれることはありません。私たちが使っているスマートフォンや電気自動車（EV）のバッテリーもこれと似ています。従来のリチウムイオン電池は、電気を届けるために油のように燃えやすい液体電解質で満たされています。

バッテリーに強い衝撃が加わったり内部の部品が破損したりすると、一瞬で高熱が発生してこの液体に引火してしまいます。スマートフォンのバッテリーが膨らむのは液体電解質が分解されてガスが発生するためであり、EV火災が激しく燃え広がるのにもこの燃えやすい液体が大きく関わっています。さらに、熱が連鎖的に蓄積して隣のセルへと燃え移る「熱暴走」という現象も同時に起きます。

全固体電池は、この危険な液体を石やセラミックスのように固い固体に変えました。燃える液体そのものがないため、バッテリーに穴が開いたり真っ二つに切られたりしても、火が広がる危険性が大幅に低いという優れた安全性を誇ります。ただし、危険が完全にゼロになるわけではありません。

従来の液体バッテリーは、正極（＋）と負極（−）が直接触れ合うとショート（短絡）を起こして発熱・発火する恐れがあるため、間に薄いプラスチック製のセパレータ（絶縁材）を挟み、頑丈な保護ケースで覆う必要がありました。安全を守るための防御壁が、バッテリー内部の空間の一部を占領していたのです。

しかし、固体電解質は物質そのものが固いため、自らが正極と負極を隔てる頑丈な壁の役割を果たしてくれます。また火がつきにくいため、バッテリーパックの冷却装置や安全部品を一部減らせると期待されています。

さらに重要なのは、固体電解質が大容量のエネルギーを蓄えられるリチウム金属負極を使えるようにする有力な手段とされている点です。この技術が完成すれば、同じ体積でもより多くの電気を蓄えられるようになり、EVに搭載すれば1回の充電で走れる航続距離を大幅に延ばせると期待されています。

もう少し正確に言うと、固体の中でイオン（電気を帯びた粒子）を素早く移動させることは、液体の中よりもはるかに難しい作業です。水の中をスイスイ泳ぐのに比べ、固い岩の隙間を無理やり通り抜けるのがずっと大変なのと同じです。

また、バッテリーは充電と放電を繰り返すたびに、物質がわずかに膨らんだり縮んだりします。このとき固体電解質と電極の間にごくわずかでも隙間ができると、電気がうまく流れなくなってしまいます。2つの固体物質がお互いに隙間なくぴったり密着していなければ、本来の性能を発揮できないのです。

科学者たちは、イオンが高速道路のようにスムーズに走り抜けられる新しい固体材料を探し出し、2つの物質の接触面をなめらかに保ち続ける技術を集中的に研究しています。充電を繰り返すうちに固体電解質を突き破って伸びるリチウムの結晶（デンドライト）を防ぐことも残された課題です。生産コストを下げ、量産プロセスを確立することまでが実用化に向けた最大のカギとなっています。