【蓄電】硫化物ガラスと樹脂で作った高分子・ガラス電池、リチウムを超えるのか？60〜80Wh/kg　7kW/kg　充電時間3〜10分−イーメックス

スマートグリッド：ガラスと樹脂で作った電池、リチウムを超えるのか

イーメックスはリチウムイオン二次電池と似た新型電池を開発した。「高分子・ガラス電池」と呼ぶ。
20年以上利用でき、低コスト化が可能だ。さらに充電時間が数分と短い。これはリチウムイオン二次
電池では実現が困難な優れた性質だ。どのようにして新電池を実現したのだろうか。

http://image.itmedia.co.jp/mn/articles/1202/29/20120229Eamex_120px.jpg
金属硫化物ガラス

　イーメックスは2012年2月、リチウムイオン二次電池を上回る長寿命で低コストな新型電池「高分子・
ガラス電池」を開発した（図1）。

　従来のリチウムイオン二次電池の性能は頭打ちになっているが、正極と負極に新材料を用いることで
性能向上を果たしたという。「現在、性能評価を終えて、小型の連続製造装置が完成したところだ」
（イーメックスの代表取締役である瀬和信吾氏）。

　同電池の特長を一言でいうなら、エネルギー密度に優れる二次電池と、パワー密度に優れるキャパ
シタの良いところ取りをした電池である。小型の電気自動車（EV）や太陽光発電システムとの併用などに
向くとした。キャパシタに向く用途、すなわちEVのエネルギー回生や建機などにも役立つという。

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図1　イーメックスの高分子・ガラス電池　高分子・ガラス電池の試作品（図左の白い板）と正極（図中央）、
負極（図右）。正極は連続生産するために帯状になっている。負極は金属箔（はく）に粉末状のガラス材料
を塗布したものだ。出典：イーメックス

　新電池が特に優れるのは1秒間に取り出せるエネルギーの量を示すパワー密度だ。7000W/kgという新
電池の値は、電気二重層キャパシタ＊1）以上であり、短時間で大電流が必要なモーターなどの用途に
向く。パワー密度が高いため、充放電に要する時間も短い。通常のリチウムイオン二次電池では30〜60
分を要する充電時間を3〜10分に短縮できる。
＊1） 電気二重層キャパシタとは、電極のすぐ近くの界面にできる「電気二重層」と呼ばれる、分子の長さに
匹敵するほど薄い層を蓄電に利用するキャパシタ（コンデンサー）。ごく薄い電気二重層が電力を蓄えている
ため、抵抗が低くなり、短時間に大電力を出し入れできる（関連記事：ガソリン車でもハイブリッドに近い燃費
を実現か、マツダがキャパシタ採用）。

　新電池の重量エネルギー密度は60〜80Wh/kgである。イーメックスによれば、EV用のリチウムイオン二次
電池のエネルギー密度は70Wh/kgであるため、十分競合できるという＊2）。今後、エネルギー密度を160
Wh/kg以上に高める開発を続けるとした。
＊2） ただし、携帯電話用途のリチウムイオン二次電池のエネルギー密度は150Wh/kgと高い。

どうやって性能を高めたのか

　現在広く使われているリチウムイオン二次電池は、正極にリチウム金属酸化物を用い、負極にグラファイト
（炭素）を採用したものが多い。正極材料を変えることで電池の容量や安全性を高める開発が盛んである。
負極にスズ（Sn）やシリコン（Si）を用いて容量を拡大しようとする研究も進んでいる。

　リチウムイオン二次電池の動作を見ると、性能改善策が理解しやすい（図2）。パワー密度を高めるにはLi＋
（リチウムイオン）がより移動しやすくなるよう改善すればよい＊3）。負極、正極とも工夫が必要だ。エネルギー
密度を高めるためには、負極、正極が取り込むことのできるLi＋の数を増やせばよい。
＊3） 電池全体の内部抵抗を低減する必要があるので、端子から電極までの電気抵抗を低く保つ設計
なども重要である。

http://image.itmedia.co.jp/mn/articles/1202/29/20120229Eamex_LiCell_512px.jpg
図2　リチウムイオン二次電池の動作　Li＋（リチウムイオン）の移動によって充放電を実現している。充電時
には左側の負極にLi＋が入り、放電時は右側のリチウム金属酸化物（図ではLiCoO2：コバルト酸リチウム）に
Li＋が移動する。電解質には有機物である炭酸エチレン（EC）や炭酸ジエチル（DEC）などの有機混合溶媒に、
LiPF6（六フッ化リンリチウム）などを溶かし込んで用いることが多い。

畑陽一郎/＠IT MONOist　2012年02月29日11時30分
http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1202/29/news022.html
>>2辺りに続く

　電池の寿命（充放電サイクル数）を高めるにはどうすればよいだろうか。現在のリチウムイオン電池の充放電
サイクル数は500〜2000回程度だ。これはLi＋が、正極のリチウム金属酸化物に出入りするごとに正極の
結晶構造が乱れていくことによる。従って（結晶）構造が乱れにくい材料を使えばよい。

正極を工夫したイーメックス

　イーメックスの高分子・ガラス電池の構造や動作はリチウムイオン二次電池と似ている。ただし、正極には
導電性高分子（樹脂）を用いており、負極は金属硫化物ガラスだ。さらに電荷を運ぶ物質が多少異なる。

　「高分子・ガラス電池が通常のリチウムイオン二次電池と異なるのは、Li＋の挙動だ。新電池では、Li＋では
なく、電解質中のPF6−が正極の導電性高分子との間で、ドープ/脱ドープを起こす」（イーメックスの瀬和氏）。
パワー密度が高くなるのは、このドープ/脱ドープ反応を高速化できたからだという。「導電性高分子を製造する
際に、分子間にすき間ができるような製法を確立している。この製法を使わないとパワー密度が高くならない」（瀬和氏）。

　寿命が長くなる理由も同じだ。高分子材料は柔軟性があるため、ドープ/脱ドープ反応を繰り返しても構造が
劣化しにくい。

ガラス会社がなぜ負極材を作ったのか

　高分子・ガラス電池の負極に使った金属硫化物ガラスは、五鈴精工硝子が産業技術総合研究所（産総研）と
共同で開発した材料＊4）だ。「当社は光学用途のガラスを開発、製造している。今回のガラスは赤外線のみを
通す性質があり、産総研の光学グループと長年共同開発を続けてきた。あるとき、産総研の電池グループと情報を
交換する機会があり、『硫化物がリチウムイオン二次電池の負極材として適しているのだが、どうもうまくいかない』と
いう話を耳にした。そこで安定性の高い当社の金属硫化物ガラス（図3）を利用することになった」（五鈴精工硝子）。
＊4） 開発した金属硫化物ガラスは、窓ガラス（青板ガラス）などとは全く組成が違う材料だ。Sn（スズ）やSb（アンチ
モン）、S（イオウ）が主成分であり、この他にもう1種類の金属元素が含まれている。負極としての性能にはスズと
イオウが効いているという。

http://image.itmedia.co.jp/mn/articles/1202/29/20120229Eamex_powder_384px.jpg
図3　金属硫化物ガラスの粉末　五鈴精工硝子が産業技術総合研究所と共同で開発した材料である。数μm
系の粉末として使う。2011年10月に開発に成功したことを発表。現在、サンプル出荷中である。出典：五鈴精工硝子

　硫化物が優れるのは、Li＋の吸蔵（吸い込む）能力が高い点だ。リチウムイオン二次電池が使うグラファイトでは
1g当たりの放電容量は最大372mAhだ。それに比べて、今回の材料は約1400mAh（30℃）と高い。

　産総研の問題意識はこうだ。従来の硫化物は充放電サイクル特性（寿命）と低温特性に難があった。

　充放電サイクル特性は、先ほど説明したように膨張収縮にいかに耐えるかで決まる。「原子がガラス構造（ガラス
マトリックス）を形成したときは、金属酸化物結晶とは違い、いびつな形をしており、いわば『緩衝作用』がある。
今回の金属硫化物ガラスとSi（シリコン）との複合体では、Li＋を吸蔵すると元の体積の2.5〜3倍に膨らむが、
非破壊だ」（五鈴精工硝子）。これで充放電サイクル寿命が伸びた＊5）。
＊5） 低温特性も向上しており、放電容量は約1000mAh/g（−5℃）、約600mAh/g（−20℃）と悪くない。ただし、
なぜ改善できたのかはよく分かっていないのだという。

　正極材料、負極材料とも充放電による変形作用を受けにくいため、容量維持率90％を満たす充放電サイクル
寿命は1万回以上と長い＊6）。これは通常の電池の使い方では20年以上の寿命に相当するという。
＊6） 性能を検証した実験（サイクル特性テスト）では、1C（1時間で放電）で1万サイクル後の容量維持率が90％
以上だった他、125C（約30秒で放電）という高電流でも1万サイクル後の容量維持率が30％だった。電解質には
ECとDECを用いた。

コストダウンも可能

　高分子・ガラス電池の性能が高いことは分かった。だが、このような材料を使って安価に電池を製造できるのだろうか。

　正極の導電性高分子は、フィルム材であるため、イーメックスによれば、ロールツーロール法で量産でき、リチウム
イオン二次電池のリチウム金属酸化物正極と比較して、10分の1のコストで製造できるという。このため、Wh当たりの
電池セルの製造コストは20〜50円になるという。

>>3辺りに続く

　負極についてもコストアップ要因は見当たらない。「当社独自の材料ガラス化プロセスは必要だが、それ以降の製造
工程、ガラス粒子＊7）とSiの複合体にバインダーや電導助剤を入れてスラリー化し、電極に塗布後、乾燥するという
部分は、グラファイトを用いた通常のリチウムイオン二次電池と同じだ」（五鈴精工硝子）。
＊7）ガラス粒子の平均粒径は平均4〜5μm。なお、カーボンは使用していない。（本文終わり）

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高分子・ガラス電池／導電性高分子 正極−イーメックス
http://www.eamex.co.jp/capa2.html

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日本の会社

悶絶級神ニュース北ーーーーーーーー

お、いけそうな感じ。

いろいろ試作して欠点を洗い出し、商品化までこぎ着けてくれることを願うのみ

>当社独自の材料ガラス化プロセス
これが高価な気がする

商品化に期待。

結局小さくならないんだな

小さくはならないけど長持ち、ってどんな用途あるかな
太陽電池で充電する照明とか？

なんか、革命的な製品だな。

これがホントなら、早々に電気自動車が主役になるね。
ネックが電池だったんだから。

電解コンデンサーの代わりにいいんじゃない。寿命長いのはいいことだ。

エネルギー密度がもう少し上がればリチウム置き換えできそうだけど、
この手ので実用化までこぎつけるのって少ないよな…。

ほんとか知らんが製造コストが鉛バッテリー以下だってよ、すげえな。

エネルギー密度以外、これといって弱点が無いな
現状では電気自動車に最適か

昆布電池と比べてどうなんだろう？

>>1
itmediaの写真は直リン禁止だ　直接飛ぶとエラーになる
http://www.itmedia.co.jp/info/image.html

>>16
2ch初心者は黙ってROMってろ。

鉄道、とくに機関車向きかもしれない。
出発時トルクを大電力でまかない、減速時の回生電流でちまちま充電

欧米などほとんどの国のディーゼル機関車は、わざわざ重い発電機を積んで
ガーガー回しながら長大貨物列車を牽引してるけど、これを充電・放電で置換え
られるなら、騒音も排気もなくして高効率なら一石二鳥かも。

JRも含めて今はまだリチウム電池＆ディーゼルのハイブリッド列車しかないけど
もし高分子ガラス電池の実用化が順調に進んで各国の貨物・旅客鉄道に普及すると
世界中のディーゼル機関車も架線式電車も不要、かつ運行経費は比較的安いという
すごい時代がくるかもしれない…　ちょっと夢物語すぎかw

「二次電池用導電性高分子正極」を開発しただけで、従来のリチウムイオンの
原理のままってことか？
とりあえず負極が「金属硫化物ガラス」、電解質はリチウムイオン？
液体電解質を使うなら正極の結晶構造が乱れる根本的な対策じゃないだろう、
有望なのは液体電解質ではなく固体電解質（乱れる[液体]→乱れない[固体]）
1万回程度のサイクルなら他にもあったよな。
リチウムイオン電解質の表記が見当たらないがそうじゃないならセル電圧は
何ボルトが最も重要な点になる。どうして隠す？
電圧が表記できないキャパシタのような性質なら、電池として扱うのは難しい
と思われる。もちろんキャパシタとしては合格。

材料の資源量はどうなの？
リンもフッ素も世界中の自動車にこの電池を積んでも足りるん？

発火しないの？

>>20
電解液はPF6(リン＋フッ素）のイオン（アニオン？）か

PF6の評価みると水に非常に弱く簡単に加水分解するてある。
内部の密閉度が高くないと湿気の混入防止技術がネックになりそうな気がする。
検索するとキャパシタでの利用で耐電圧が高いような表現があるね。

電子部品開発のイーメックス（大阪府吹田市、瀬和信吾社長）

また、パクられないように！

>ttp://spysee.jp/%E7%80%AC%E5%92%8C%E4%BF%A1%E5%90%BE/1872082/
>イーメックス株式会社 瀬和 信吾 様 （ イーメックス株式会社 代表取締役）
> 高分子アクチュエーター、センサー、キャパシタの研究開発型企業です
>（従業員16名の全員が研究開発にたずさわっています）

>イーメックス、出力密度７０００Ｗの超高出力蓄電池を開発
>ttp://www.nikkan.co.jp/news/nkx0320110323bjac.html
>掲載日 2011年03月23日
>導電性高分子を正極にし、１キログラム当たり出力密度７０００ワットの
>超高出力蓄電池を開発した。
>１セル当たり３・６ボルトの高電圧を発生する
>　電解液中に絶縁した正負電極を置く構造や、３―１０分で高速充電可能
>などキャパシター的機能から「キャパシタ電池」と名づけた。
これの続報だったのか？

またしても変態改良ｗ

<丶｀∀´>「仕方ないから共同開発してやるニダ」

( ｀ハ´)「感謝するアル」

うーん・・・この手の電池とかいろいろ発表ありすぎてなあ・・・
結局電気バイクはいつ走り出すんですか？

これは、、ある意味キャパシタ死んだなｗ
でも可能性はキャパシタが一番だからなぁ
開発が下火になるのは困るなぁ、、
まぁ材料費が、比べるまでもないのが、、
あーフルボッコやんｗこれｗｗ

>>29
もう中華製が走ってるけど
お国に去勢されてガソリン車の半分もパワー無い

結局商品化は中国の方が速いんだろ、日本の電気屋経営陣バカだから。

■歯ブラシを再生する方法
歯ブラシの先が開いてきて使えなくなった場合、
ブラシの先をクリップなどで挟むか、輪ゴムでくくるかして熱いお湯に漬ける。
たったこれだけで、歯ブラシを捨てずに使い続けることが出来ます。
各自で試してみて下さい。

>>32
中国：性能とか安全性はそっちのけ　とにかく早くやったら勝ち
日本：規制だらけ　やれば勝てるが自己目的化してる規制をクリアできずやりたくてもできない

これが一般的な傾向

低コストで長寿命なら、夜間電力を有効活用する家庭用蓄電池としての需要もありそうだね

画像うんこ？

希少金属は使わないの？

コスト次第だが期待したい

もう一つの金属ってなんだろうな。
Mgとかの安い元素なら、Sbの方を伏せるよなあ。

あんまり名前が知られて無い元素、且つSbよりは高価なものだろうなあ。
まあまあ安めのレアメタルならともかく、貴金属たくさん使ってるなら、
予算ほかに回さしてね。

　by 経産相＆国民

悪くはないけど電気自動車の本格普及を担うには程遠いのが残念

いや、充電時間が短いのってかなりメリットあるでしょ。
まだまだ長がね。

>>42
電池側が短時間充電可能でも充電側が現実的には対応できんだろ
充電器を原理的には作れても電力や電流の点で実現には無理が多すぎ

この手はバッテリーの規格を全て共通化しないと、プリンタのインクリボン
商売のようになるのは目に見えている。
現状のバッテリー形状の乱立をみればわかる携帯のバッテリーですら
同じメーカーで違う形状（ほとんど同じなのに）でソケットの互換性はない。
放電電圧や充電方法に違いはほぼ無いんだけどね。

メーカーが急速充電に拘るのは他社製の安いバッテリーを乗せることを
嫌うからである。バッテリービジネス万歳！

同じ形状のバッテリーがでると、通信プロトコルなどをつけてそれまで
真似ると裁判で訴えるような状態になる。
ファミコンのディスクシステムであったな。互換との戦い。

この会社、なんか怪しげなんだよなあ・・・　さすがに６００Wh/Lのやつは諦めたかｗ

>>46
社員１６人のベンチャーだろ、量産など資金的に不可能だし。
工場とかももっていない,つまり今は代行してくれる投資元を
募集している状態だろう。価格とか量産を簡単に行えるかが問題だから
写真で見れるような試作バッテリーじゃなく実物と同じもので実演デモ
をしないと結構難しい話だろう。
この手でベンチャーが技術を持っていても自前で量産できないと
他の大手が代行とか、特許料のクロスライセンスなどが使えないから
特許料しだいでRAMBUSが半導体メーカーから拒否されたようになってしまう。

筋肉素子はまだやってるのかな？

仕様を見せるのに対価を要求していたという噂があった。

大手が会社丸ごとお買い上げしれ。取り合えずサンプル取り寄せて試してから。

>>47
まあ、モノが出てくる分EESsrよりはましかなあ・・・

うんち？

パソコンのリチウム電池みたいに劣化しない奴が欲しいんだけど・・・

>>19
この記者の書き方オカシイよな。
おれもリチウムのままなのか？と疑問に持ちながら読んでた。

>>10
薄く広げたら用途はいくらでも出てくるよ

あんまり伸びてないな
科学板だから仕方ないか

>>20
農学やってるんだけどリンはもう少ない

共同開発するニダ。

サイクル回数が１万回で９５％以上の容量を維持するなら、８０％以上でならもっと回数を見込める。
バッテリーの値段が一緒で充電回数が１０倍になるということは、充放電１回のコストが１０分の１になり
安い電気なら貯めて使っても十分実用になるようになる。
また電気自動車に搭載した場合、電気自動車の中古市場がガソリン車同様に成立するようになる。

ムトウハップにサンポールをかけると発光して緑色になるのと同じ原理だね。

ガラスってけっこう質量重くねーか

凄過ぎてうさんくさい

PF6の扱いが難しいんだろ。コンデンサー関係でもPF6が有望と説明があるが
実用（製品）されたようなニュースは聞かない。
耐圧が上がるっていっても４Ｖに届く程度という話じゃ低すぎると思うけどな。

あとコンデンサーのような残容量と比例した電圧になるタイプは
直列にセルを繋いだときのバランスをとる回路が難しい。
電圧を揃えて残容量を一律で管理できないと弱ったセルが他のセルに負けて
つかいものにならない。セルあたりの電圧が下がるほど制御が困難になり
完全に使い切る容量分を全体の計算（理論値）に入れるのは間違っている。

ここの開発するものはどれも面白いよね。
福島賢人

読んでる限りかなり面白そうだな
ドープ脱ドープなぁ・・・

PF6なんざそのうちスルホニルアミドに置き換わるんじゃないの？
本質的って訳でもない気がするんだけどな

>>39
>もう一つの金属ってなんだろうな。
>Mgとかの安い元素なら、Sbの方を伏せるよなあ。

Mg の一つ上、Be に決まっているだろ。
伏せる理由も明快。

>>66
なんで伏せるの？

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%AA%E3%83%AA%E3%82%A6%E3%83%A0

>>66
なんでBeに決まってると思ったのか詳しく

>>59
(- 人 -)

>>68
ベリリウムは有毒で資源量が少ないからか

>>71

もしそんなんでBeって特定だぜウホっｗｗ
しちゃうのならトンデモネラーですねｗ

>>72
別にそんな事思ってないが？
なぜ伏せるのか推理しただけだ

<丶｀∀´>　♪盗んだ技術で走り出す〜

期待age

>>18
たしかにハイブリッド電車の回生向きかもしんないね。

>>68
まあ半分で使っても75%のエネルギーなんだから
そんなにカリカリするほどでもないっしょ。
制御が難しいのはキャパシタの特徴っすな。

なるほど電池じゃなくて超高性能のキャパシタだったんだね。
電気自動車ともなると最低でも２００Ｖぐらいの電圧がほしいところだが
これは何ボルトなの？

伏せなかったら即朴られるからだよ。
日本の特許だけでなく、中国朝鮮アメリカ西欧と、イスラム圏、メンドくせーけど
それらの入り混じった地域
先負網羅しなきゃあならんからなあ。

パクリ対策だよねえ

んー、まぁもう一声って感じだな

容量も１０倍くらいになんねーかな

東芝のSCiBと同じくらい？

>>71
>>66が特定した理由が知りたいのであって。
伏せる最大の理由は、特許がまだ通ってない（パクられる）からに
決まってるだろう。

最近は日本だけで特許出したら朴られるし。
各国で出来るだけ同時に特許が成立しないとダメなんだよなあ。

>>82
普通に、PCT出願でいいじゃないの？

【車/規格】電気自動車の充電方式で規格争い勃発、先行する日本に欧米勢が“待った” [03/02]
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1330676867/

>>82
勝手に想像だけど。周期表で同じ系列にあるから類似した性質がある
という話なら納得できる。
例えば炭素、シリコン、ゲルマニュームと似た性質がでてくる。
Be→Mg→Ca→Srとか微妙に似た性質で上下に繋がっていたりする説がある。
K→Csこれも植物体内では似た性質になるそうな。

>>85
そんな事は化学屋なら基礎の基礎だからどうでもいい

>>86
むしろそこから周期表ってアイディアが生まれたわけだからな。

落としたら割れない?

>>74
<丶｀∀´>　♪盗んだ技術で走り出す〜

↑　ニダーは本当にかわいいなｗ

>>Sn（スズ）やSb（アンチモン）、S（イオウ）が主成分であり

どの程度使用するのかわからないけどアンチモンってレアアースでしょ？
今のところ100％中国頼みの素材らしいからコスト含めて実用化されるか心配

話変わるけど鹿児島湾にある熱水鉱床にはアンチモンと金が大量にあるらしいね

>>90
熱水鉱床から得る費用が高いと大量にあっても相殺
中国はタダ同然の人件費＋露天掘りだし。

ほとんどの資源は、あるけど高い、じゃないかな。
コストに関わらず根本的にない資源ってなんだろう

>>92
クラーク数を見よう。

>>66
ベッドに潜った

電気自動車が安くなるなｗ

日本が韓国化してくる予感