環境にやさしい「金属空気紙電池」で、電圧1.8V、出力100mW/cm2以上、容量968.2Wh/kg (Mg)の高性能化を達成
2024年4月2日（火）15時16分 PR TIMES
レアメタルフリー触媒技術により、次世代エネルギーデバイス「金属空気電池」の社会実装へ更なる前進
[画像1: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-d6e109da90b4c156481600fc70402993-1341x702.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図１．金属空気紙電池の模式図と性能：紙が塩水を吸い上げることで、発電（AZUL触媒は正極の酸素還元反応を促進）
AZUL Energy（アジュールエナジー）、東北大学材料科学高等研究所の藪浩教授、電力中央研究所の小野新平上席研究員、Amphico Ltd（英国ロンドン、亀井潤社長）からなる研究グループは、燃料電池と金属空気電池の一種であるマグネシウム空気電池を、資源豊富な紙・マグネシウム・炭素をベースにレアメタルフリーかつ安全なAZUL触媒を使用して作製し、1.8Vの電圧、100mW/cm2以上の高出力、968.2Wh/kg (Mg)の高容量を実現しました。この電池は環境にやさしい素材で構成されており、中性の電解液である塩水などに浸すことで発電することができます。そのため、非常用電源やウェアラブル端末への適用が可能です。
[画像2: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-32f022334a6539c92426cd54f52929b1-1648x1466.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図2. SpO2測定器（血中酸素濃度計）の電源として利用できることを実証[画像3: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-44f99af0b0c177e1ccf43a9ff08e8645-1366x1216.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図3. GPSセンサー搭載のスマートライフジャケットの電源として利用できることを実証
本研究の背景
持続型社会では、エネルギーの貯蔵や利用に大量の電池が必要となるため、高性能かつ環境にやさしい電池が求められています。しかしながら、一般的な電池の材料には、埋蔵量に限りがあり採掘の環境負荷も高いレアメタルや、毒性のある重金属、プラスチックが使用されています。例えば、リチウムイオン電池ではリチウムを、燃料電池では白金を大量に使用しており、資源制約に加えて、難消火性や発火性などの安全性の問題もあります。また、これまで金属空気電池に使用されてきた二酸化マンガンは重金属であり、毒性があり、かつ触媒としての性能も不十分でした。
本研究の成果
本研究では、マグネシウム空気電池を、資源豊富なマグネシウム、紙、炭素をベースに、レアメタルフリーかつ安全なAZUL触媒を使用して作製しました。この電池は、ほとんど自然に還る材料で作られておりながら、1.8Vの電圧、100mW/cm2以上の高出力、968.2Wh/kg (Mg)の高容量という、高性能化を実現しています。
※紙の表面に正極を形成し、反対側に亜鉛負極を配置する「金属空気紙電池」はこれまでも報告されていましたが、電圧や出力が不足（一般的な単三乾電池の電圧1.5Vに劣る、出力が µW/cm2 レベルなど）しており、実用に耐えるものではありませんでした。
[画像4: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-cd18c5763d49a6fe7d56fc683e612a31-1296x856.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図4. エネルギー密度の比較：金属空気電池は、重量ベースでリチウムイオン電池の3倍以上のエネルギー密度がある（※出力データは面積ベースのため、割愛）
今後の展開
当社は創業当時から次世代エネルギーデバイスである金属空気電池に注力し、独自の触媒技術AZULによる高性能化に取り組んできました。これまでに一次電池の高出力化・高容量化に成功し、センサー用・補聴器用・ドローン用などの小型一次電池は実装フェーズに入っています。
[画像5: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-4ad19976acc51b1260053df58b815058-1645x934.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図5. 金属空気電池のアプリケーションへの展開と開発ステップ
また、AZULはレアメタルの代替となる優れた触媒性能を持つだけでなく、金属錯体青色顔料とカーボンを原料にしており、安全性にも優れています*。そのため、今回の新型電池のように人が直接身に着けるセンサー端末から、大量の材料を消費する大型の電池まで、環境にやさしく高性能な電池を実現するキーコンポーネントとして活用できます。
当社は今後も金属空気電池の充放電対応や二次電池化に取り組み、さまざまなエネルギーニーズを満たすアプリケーションへの導入を通じて、豊かで持続的な社会の実現に貢献していきます。
*変異原性を評価する Ames 試験やヒメマス急性毒性試験にて確認
謝辞
本研究の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）国際コファンド事業(JPNP14005)の支援を受けて行われたものです。
[画像6: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-ae76d1bc0ee9f72380ab9add137b9bac-1392x857.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]AZUL Energy 株式会社
設立日：2019 年7 月11 日
代表者：代表取締役社長 伊藤 晃寿
役員：取締役副社長 林 誠之、取締役・最高科学責任者（CSO） 藪 浩、取締役 阿部 博弥
URL ：https://www.azul-energy.co.jp
本社：〒980-0811 宮城県仙台市青葉区一番町1-9-1 仙台トラストタワー10階CROSSCOOP内
東京オフィス：〒105-0001 東京都港区虎ノ門1-17-1 虎ノ門ヒルズビジネスタワー15階 CIC Tokyo内
資本金：1億円
【本件に関するお問い合わせ先】
AZUL Energy株式会社 代表取締役社長 伊藤 晃寿
E-mail contact@azul-energy.co.jp
[画像1: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-d6e109da90b4c156481600fc70402993-1341x702.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図１．金属空気紙電池の模式図と性能：紙が塩水を吸い上げることで、発電（AZUL触媒は正極の酸素還元反応を促進）
AZUL Energy（アジュールエナジー）、東北大学材料科学高等研究所の藪浩教授、電力中央研究所の小野新平上席研究員、Amphico Ltd（英国ロンドン、亀井潤社長）からなる研究グループは、燃料電池と金属空気電池の一種であるマグネシウム空気電池を、資源豊富な紙・マグネシウム・炭素をベースにレアメタルフリーかつ安全なAZUL触媒を使用して作製し、1.8Vの電圧、100mW/cm2以上の高出力、968.2Wh/kg (Mg)の高容量を実現しました。この電池は環境にやさしい素材で構成されており、中性の電解液である塩水などに浸すことで発電することができます。そのため、非常用電源やウェアラブル端末への適用が可能です。
[画像2: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-32f022334a6539c92426cd54f52929b1-1648x1466.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図2. SpO2測定器（血中酸素濃度計）の電源として利用できることを実証[画像3: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-44f99af0b0c177e1ccf43a9ff08e8645-1366x1216.jpg?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図3. GPSセンサー搭載のスマートライフジャケットの電源として利用できることを実証
本研究の背景
持続型社会では、エネルギーの貯蔵や利用に大量の電池が必要となるため、高性能かつ環境にやさしい電池が求められています。しかしながら、一般的な電池の材料には、埋蔵量に限りがあり採掘の環境負荷も高いレアメタルや、毒性のある重金属、プラスチックが使用されています。例えば、リチウムイオン電池ではリチウムを、燃料電池では白金を大量に使用しており、資源制約に加えて、難消火性や発火性などの安全性の問題もあります。また、これまで金属空気電池に使用されてきた二酸化マンガンは重金属であり、毒性があり、かつ触媒としての性能も不十分でした。
本研究の成果
本研究では、マグネシウム空気電池を、資源豊富なマグネシウム、紙、炭素をベースに、レアメタルフリーかつ安全なAZUL触媒を使用して作製しました。この電池は、ほとんど自然に還る材料で作られておりながら、1.8Vの電圧、100mW/cm2以上の高出力、968.2Wh/kg (Mg)の高容量という、高性能化を実現しています。
※紙の表面に正極を形成し、反対側に亜鉛負極を配置する「金属空気紙電池」はこれまでも報告されていましたが、電圧や出力が不足（一般的な単三乾電池の電圧1.5Vに劣る、出力が µW/cm2 レベルなど）しており、実用に耐えるものではありませんでした。
[画像4: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-cd18c5763d49a6fe7d56fc683e612a31-1296x856.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図4. エネルギー密度の比較：金属空気電池は、重量ベースでリチウムイオン電池の3倍以上のエネルギー密度がある（※出力データは面積ベースのため、割愛）
今後の展開
当社は創業当時から次世代エネルギーデバイスである金属空気電池に注力し、独自の触媒技術AZULによる高性能化に取り組んできました。これまでに一次電池の高出力化・高容量化に成功し、センサー用・補聴器用・ドローン用などの小型一次電池は実装フェーズに入っています。
[画像5: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-4ad19976acc51b1260053df58b815058-1645x934.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]図5. 金属空気電池のアプリケーションへの展開と開発ステップ
また、AZULはレアメタルの代替となる優れた触媒性能を持つだけでなく、金属錯体青色顔料とカーボンを原料にしており、安全性にも優れています*。そのため、今回の新型電池のように人が直接身に着けるセンサー端末から、大量の材料を消費する大型の電池まで、環境にやさしく高性能な電池を実現するキーコンポーネントとして活用できます。
当社は今後も金属空気電池の充放電対応や二次電池化に取り組み、さまざまなエネルギーニーズを満たすアプリケーションへの導入を通じて、豊かで持続的な社会の実現に貢献していきます。
*変異原性を評価する Ames 試験やヒメマス急性毒性試験にて確認
謝辞
本研究の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）国際コファンド事業(JPNP14005)の支援を受けて行われたものです。
[画像6: https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/55590/10/55590-10-ae76d1bc0ee9f72380ab9add137b9bac-1392x857.png?width=536&quality=85%2C75&format=jpeg&auto=webp&fit=bounds&bg-color=fff ]AZUL Energy 株式会社
設立日：2019 年7 月11 日
代表者：代表取締役社長 伊藤 晃寿
役員：取締役副社長 林 誠之、取締役・最高科学責任者（CSO） 藪 浩、取締役 阿部 博弥
URL ：https://www.azul-energy.co.jp
本社：〒980-0811 宮城県仙台市青葉区一番町1-9-1 仙台トラストタワー10階CROSSCOOP内
東京オフィス：〒105-0001 東京都港区虎ノ門1-17-1 虎ノ門ヒルズビジネスタワー15階 CIC Tokyo内
資本金：1億円
【本件に関するお問い合わせ先】
AZUL Energy株式会社 代表取締役社長 伊藤 晃寿
E-mail contact@azul-energy.co.jp
