リチウムイオン電池

2つの部屋の間を忙しく行き来するシャトルバスのように、小さな粒が移動することで電気を蓄えたり放出したりする装置です。

定義 2つの部屋の間をキャッチボールのように行き来しながら電気をためたり出したりする装置です。スマートフォンや電気自動車（EV）の心臓部として活躍する充電式バッテリー（二次電池）で、使い捨ての乾電池とは違い、充電して何百回も繰り返し使えます。

ピンポン球のように2つの部屋を行き来するリチウム

スマホを充電器に挿すと、バッテリーの中では大忙しの「お引越し」が始まります。正極（プラス極）におとなしく集まっていたリチウムの粒たちが、充電器の力に押されて反対側の負極（マイナス極）へと一斉に移動します。負極は、エネルギーを満タンにしたリチウムの粒たちが整然と並んで待機する仮の部屋です。

反対に、スマホで動画を見たりゲームをしたりするときは逆方向に動きます。負極にたまっていたリチウムの粒が元の家である正極へと戻る際、抱えていた電子を外の回路へ押し出すことで、スマホの画面を光らせたりスピーカーから音を鳴らしたりします。

このように、リチウムの粒が2つの部屋を行ったり来たり揺れ動く様子から、科学者たちはこれを「ロッキングチェア（揺り椅子）モデル」と呼んでいます。バッテリー自体が電気を新しく生み出す発電所なのではなく、リチウムという小さな働き手がエネルギーを運ぶシャトルバスの役割を果たしているのです。

電池を作れる金属の材料は世の中にたくさんあります。しかし、毎日手で持ち歩くスマートフォンや、重い車体を動かさなければならない電気自動車（EV）にとって、「軽さ」は何よりも重要な課題です。リチウムは、なんと水の上にプカプカ浮かぶほど、地球上で最も軽い金属元素なのです。

さらにリチウムは、自分が持っている電子を外へと勢いよく投げ出す、とても積極的な性格を持っています。体はチリのように小さく軽いのに、電子を押し出す力はものすごく強いため、同じ重さの他の金属よりもはるかに多くの電気エネルギーをぎゅっと高密度に詰め込むことができます。

もう少し正確に言うと、リチウムは化学的に電子を手放してイオン（電気を帯びた原子）になろうとする傾向が最も強い元素の一つです。重さに対して蓄えられるエネルギーの量を表す「エネルギー密度」が圧倒的に高いため、ポータブル電子機器の革命を起こすことができたのです。

新品のスマホは一日中使っても平気ですが、2年ほど経つとバッテリーの減りが目に見えて早くなります。これは、リチウムの粒が2つの部屋を何百回も行き来するうちに、出入り口の通り道が変形したり、表面にゴミのようなカスが分厚くたまったりするからです。

通り道が壊れてしまうと、元の部屋に戻れずに道端に取り残されてしまうリチウムの粒がどんどん増えていきます。部屋の間を行き来して電気を運ぶ働き手の数が減ることで、バッテリー全体の蓄電容量も一緒に縮んでしまうことこそが、バッテリーの寿命が縮む本当の理由です。

また、バッテリーの内部を満たしている液体（電解液）は、強い衝撃を受けたり熱くなったりすると発火しやすい弱点があります。そのため科学者たちは、火災のリスクをなくすために液体の代わりに燃えない固体を使った「全固体電池」など、次世代バッテリーの開発に力を注いでいます。

✕ 誤解

スマホのバッテリーは0％まで完全に使い切ってから充電したほうが長持ちする。

✓ 事実

昔使われていたニッケル電池とは異なり、リチウムイオン電池は残量ゼロまで使い切ると内部の材料が傷み、かえって寿命が短くなります。残量を20％〜80％の間に保ち、こまめに充電するのが最も長持ちするコツです。

1 スマホを充電器につなぐと、リチウムの粒がマイナス極へ移動してエネルギーを蓄えます。

2 電気自動車（EV）が道路を走るときは、リチウムの粒がプラス極へ戻りながらモーターを回します。

💡 つまりひとことで

軽くてパワフルなリチウムの粒が、プラス極とマイナス極の間をシャトルバスのように行き来することで、電気を蓄えたり送り出したりする装置です。