スマートフォンを使うと、常にバッテリーが問題だ。大容量バッテリーを入れればいいはずだが、重量も重くなるし、充電時間も長くかかる問題が生じる。最新型スマートフォンやタブレットパソコンは、一度充電すれば７、８時間ぐらいは画面をオンにしておくことができるし、電気自動車も一度充電すれば２００～３００キロは走行が可能だ。これ以上性能を高めればいいだろうが、現在のバッテリー技術では限界に直面した。
そのため、最近では「急速充電」技術に目を向けることが多い。充電速度を向上させると、使用時間が増えなくても利便性が大幅に高まるからだ。最近クイックチャージ（Ｑｕｉｃｋ Ｃｈａｒｇｅ＝ＱＣ）と呼ばれる技術が脚光を浴びる理由だ。充電電圧と電流を高めて迅速に充電し、最大充電量の８０％ほどに達すると、自動的に電流量を調節してゆっくり充電する。新型スマートフォンは１時間ほどで７０～８０％を充電できる。
現在の技術では、これ以上充電性能を向上させるためには、新しい電池技術を開発する必要がある。まず、既存のバッテリー技術をさらに引き上げる研究が続いている。現在、主に使われる「リチウムイオン電池」を基盤に、硫黄を混ぜて効率を高めた「リチウム硫黄」電池、酸素と反応させて効率を高める「リチウム空気」電池などが注目される。充電容量は最大１０倍、充電速度は２～３倍まで増やすことができると期待される。
バッテリーの性能向上の研究で、韓国人科学者たちの成果が目覚しい。リチウム硫黄電池の最大の欠点は、充電と放電を数十回だけ繰り返しても性能が急速に下がることだが、ＫＡＩＳＴ生命化学工学科の金熙鐸（キム・ヒタク）教授チームが、内部素子をドーナツ状に作ってこの問題を解決できる技術を今年５月に開発した。充電を６００回まで行うことができ、現在のリチウムイオン電池と大差がない。米ダラス州テキサス大学のチョ・ギョンジェ教授の研究チームも４月、モリブデンを混ぜて充電回数を増やす方法を開発した。２０２０～２０３０年頃に実用化されるとみられる。
バッテリーより優れた新概念の電気回路を使う試みもある。電気回路を構成するときに使うコンデンサーという部品が基本だ。この部品は、電気を集めておいて放出する性質があり、カメラのフラッシュなどによく使われる。これを応用して作った「スーパーキャパシタ」と呼ばれる装置は、一時停電になったときに電気を供給する「無停電電源装置」などに使われる。このようなスーパーキャパシタの性能を一層引き上げて、一般バッテリーのように使うべきだというのである。充電速度と記憶容量が格段に速く多いので、現時点では究極の電気貯蔵装置として浮上する可能性がある。
この分野の研究では、ＫＡＩＳＴ新素材工学科のカン・ジョング教授の研究チームがリードしている。カン教授チームは、一般リチウム電池に比べて１００倍以上も充電速度が速く、充電容量も数十倍に高めることができる新概念の「スーパーキャパシタ」を開発したと、２６日明らかにした。理論的には１分以内にスマートフォン一台を完全に充電できるし、３万回を充電しても性能が維持される。研究チームは、多孔性金属酸化物ナノ粒子などを利用して、このような高効率のスーパーキャパシタを作った。電気自動車に適用すれば、数分以内に充電を終えることができると思われる。カン教授は、「大容量、高出力の特性は、新しい概念のエネルギー貯蔵装置の実用化に寄与するだろう」と語った。
チョン・スンミン記者 enhanced@donga.com
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