エナジー ストレージ マテリアルズは蓄電用HV固体イオンキャパシタ(HV-SIC)の技術指導を行うベンチャー企業です






Top Page(概要)
　代表者の紹介
研究開発の背景
　IPCC第６次報告書の抜粋
　温暖化による異常気象
　温暖化による森林火災
　欧州のエネルギー危機と再エネ
　日本のエネルギー自給率
　ＢＥＶ普及の障害
　再生エネ普及の障害(太陽光)
　再生エネ普及の障害(洋上風力)
　蓄電デバイスはカンブリア紀
　送電網とインターネットは同じ
技術の概要 (専門知識が必要)
　電池とキャパシタの比較
　　熱力学的にみると
　　エネルギー密度
　　加熱・発火の問題
　　劣化の問題
　　急速充電　直列と並列
　　ＬＩＢは環境に優しい？
　各種キャパシタの比較
　　可能性のあるキャパシタは
　　MLCC
　　反強誘電体キャパシタ
　　電気二重層キャパシタ
　　結論：ラゴーンプロット
　HV固体イオンキャパシタ
　　巨大分極の発生原理
　　固体電解質の利点
　　基本コンセプト
　　実験による原理検証
　　Li→Naによる脱中国原料
　　性能予測と目標
　　製造プロセス案
　キャパシタの弱点:保持特性
　キャパシタは超高収益ビジネス
　半信半疑の方へ
応用の展望
　300Wh/kgが実現した場合
　　日本製PHVが世界を席巻
　　充電ステーションは日本製に
　　太陽光発電と社会問題の解決
　　原子力発電の出力調整と安全性
　3000Wh/kgが実現した場合
　　風力でエネルギー自給自足
　　全ての乗り物は電動化
　　ヒューマノイドは次世代産業
　　軍事技術に応用すれば(1)
　　軍事技術に応用すれば(2)


エナジー ストレージ マテリアルズとは

エナジー ストレージ マテリアルズ合同会社は2011年に次世代蓄電用固体キャパシタの開発を目的に設立された東工大発ベンチャー企業です。 2023年3月を持ちまして代表者である鶴見敬章が東京工業大学の教授を退職したのを機に、 長年の研究で実現したHV固体イオンキャパシタ(HV Solid Ionic Capacitor, HV-SIC)に関する技術指導を目的として本格的な活動を開始しました。

学会講演予稿(pdf)のダウンロード

研究開発の背景と技術の概要


このページに書いてあること

　1)IPCC報告書で地球温暖化の原因を人為的と断定
　2)EVの問題はリチウムイオン電池由来
　3)再生可能エネルギーは出力が不安定
　4)最も優れた蓄電デバイスはキャパシタ
　5)今必要な蓄電デバイスはパソコンのような分散型
　6) HV固体スーパーキャパシタが有望、しかし大学では作れない
　7) 当社はHV固体スーパーキャパシタの技術指導をする

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IPCC(気候変動に関する政府間パネル)の第６次評価報告書(2021)によりますと、人間活動が大気・海洋及び陸地を温暖化させてきたことが地球温暖化の原因であることは疑う余地がなく、この温暖化が熱波、干ばつ、洪水など極端現象 の発生確率を高めていると結論しています。 今や人類はその英知の全てを結集して、温暖化の主要因である二酸化炭素の排出量を抑制しなければなりません。
そのためには、電気自動車(EV)と発電における再生可能エネルギーの大規模な利用拡大が必須となります。 しかし、現在、それら両方とも実現困難な状況となっています。

ＥＶに関わる問題は全てリチウムイオン電池に起因すると言っても過言ではありません。 リチウムイオン電池の問題点には、１）エネルギー密度の低さ（特にリン酸鉄系）、２）充電速度の制限、３）充放電サイクル寿命、４）寒冷時の性能低下、５）発火の可能性、６）リチウム原料の価格高騰などがあります。 これらの問題点のためＥＶの普及には急ブレーキがかかりつつあります。 この問題を解決するには、リチウムイオン電池に代わる優れた蓄電デバイスの開発が必要になります。

太陽光や風力など再生可能エネルギーの問題は、天候により出力が変動し電力の安定供給ができないことです。 欧州諸国はこの不安定さを解消するために、広範囲で電力を融通できる網の目のような送電ネットワークを整備しています。 しかし、広い範囲でNo Sun, No Windが起これば総電力そのものが不足するので、送電ネットワークでは電力の安定供給は図れません。 電力の安定供給には、送電ネットワークの整備よりも蓄電デバイスの方が有効なのは明らかです。 つまり、再生可能エネルギーの大規模な普及には、優れた蓄電デバイスの開発が必要となります。

優れた蓄電デバイスの開発が望まれる中、現在まで、世界各国で様々な種類の蓄電デバイスが提案され、研究・開発が進んでいます。 新たなデバイスが次々と生まれるので、「蓄電デバイスはカンブリア紀」とも呼ばれています。 今後、10-20年もすれば新しい概念の蓄電デバイスが数多く登場するでしょう。 しかし、今後誰がどのようなアイデアを出しても、最も優れた蓄電デバイスはキャパシタであることに変わりはありません。 その理由は、唯一キャパシタだけがエネルギー変換をせずに電気エネルギーを電気エネルギーとして蓄えることができるからです。 電池をはじめその他の蓄電デバイスの問題は、ほとんどの場合エネルギー変換部が原因となっています。

蓄電デバイスと送電網との関係は、サーバとインターネットの関係に置き換えると分りやすいです。
現在、電力の蓄電デバイスとしては揚水発電が約95%を占めています。揚水発電は、インターネットで言えばクラウドサーバのようなものです。
例えばソーラーパネルを自宅の屋根に設置し、その発電量が昼間に余ったからと言って、遠くの山の中にある揚水発電所に蓄電し、夜に自宅で揚水発電の電力を使うというのはどうでしょうか？ データを常にクラウドサーバーに記憶させながら、PCやスマホを使うようなものです。インターネットなら可能かもしれませんが、送電網ではこれは大きなエネルギーロスになります。
このように考えれば、解答は明らかです。今必要なものは分散型の高エネルギー密度を有する蓄電デバイスで、ネット社会で言えばPCやスマホのメモリーなのです。 分散した再生可能エネルギーの発電設備の近くに高エネルギー密度の蓄電デバイスを配置し、電力を地産地消すれば送電ロスを最小化できますし、 その蓄電デバイスは小型化すればＥＶにも使用することができます。

パソコンに相当する蓄電デバイスには電池とキャパシタの２種類があります。
しかし、電池には原理的な問題があります。 電池は電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄えます。ここで化学エネルギーは示量変数と呼ばれ、その値を２倍にするには質量も２倍にしなければなりません。 これにより、電池の重量あたりのエネルギー（エネルギー密度）は、化学反応式が同じならば原理的に上げることはできません。 また、化学エネルギーは元来は熱エネルギーなので、電池が故障すれば蓄えれたエネルギーは熱エネルギーとして放出され、発熱・発火の原因となります。

一方、キャパシタに蓄えられる電気エネルギーは、高校の物理で習ったように電圧の２乗に比例します。ここで電圧は示強変数と呼ばれ、物質の質量に無関係に自由に変えることができます。 例えば、同じキャパシタでも充電電圧を２倍にすれば、蓄えられるエネルギー量は４倍となります。つまりキャパシタのエネルギー密度は増やすことができるのです。 歴史的にみても、積層セラミックスキャパシタ(MLCC)のエネルギー密度は、薄層化技術の進展により開発当初から100万倍以上増加しています。 また、キャパシタはエネルギー変換を必要としないので、発火も劣化もしません。 つまり、キャパシタは電池に比べ蓄電デバイスとしての性能が原理的に優れているのです。

このように高い可能性のあるキャパシタですが、既存のキャパシタで最もエネルギー密度の高い電気二重層キャパシタでも、そのエネルギー密度はリチウム電池の１０分の１程度です。 これはキャパシタ内部で使用される液体電解質が一定電圧以上で電気分解するためです。 液体電解質とは塩水のようなものです。中学の理科で習ったように、塩水に電圧をかけると1.5V程度で電気分解がおこり、それ以上の電圧をかけることはできません。 キャパシタに蓄えらえる電気エネルギーは電圧の２乗に比例するので、電圧に上限があればエネルギー密度を増やすことができないのです。

エナジー ストレージ マテリアルズの次世代蓄電キャパシタはHV固体イオンキャパシタ(HV Solid Ionic Capacitor, HV-SIC)という名称です。 オールセラミックス製の全固体キャパシタで、その技術の骨子は、電解質を液体から固体に変えて、さらにその中に特殊なナノ構造を形成することで、電気分解をおこさずに高電圧の印可を可能にしていることです。 理論の構築と原理確認の実験は終了していますが、高性能なキャパシタは、ナノ構造の製造技術がない大学の実験室レベルでは、到底作ることはできません。 半導体で言えば配線幅10nm以下の素子と同じと考えてください。 結論から言えば、このキャパシタを作れるのは世界中で日本の素材・部品メーカーしかありません。

そこでこの技術を使って、日本企業にHV固体イオンキャパシタ(HV-SIC)を実現していただくために、代表者の持つ経験と知識を供与するのがエナジー ストレージ マテリアルズという会社の目的です。



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