電気自動車と電池は明日を拓く

寿命と同様に、二次電池にとって安全性をきちんと評価することは重要だ。

ただし、重要という意味が、寿命の場合と少し異なるのではないかと思う。
寿命は一つの性能だ。だから寿命性能が高ければ高い程良い。だからといって、５０年も持つような二次電池は多分できない。だから、理想の寿命性能には達しない。でも、寿命が持つことはコストも抑制できることになる。

安全性はどうか。とことん安全とはどういうことか。安全はお金がかかる。どこまでがんばれば安全と言い切れるのか。この判断基準がはっきりしないと対応のしようがない。

一つの基準は法令だ。消防法、火災予防条例、電気設備に関する技術基準など。でも、新しい技術については法令も整備されていないことが多い。役所の対応は遅い。

業界の自主基準というものもある。最終製品のメーカと二次電池のメーカとではおそらく判断基準もちがうだろう。結局はユーザが「これでいい」と言えるものでないとだめなんだろう。

ユーザは自分が使う条件をしっかり把握して、それをメーカに伝える。その情報を元にメーカが安全性の評価試験条件を設定する。ユーザが妥当だと認めた上で、メーカ自身または第三者機関が評価試験をして、所定の結果が得られれば合格となる。

○と×しかない。ここが寿命とは異なる。

当然、最初は厳しい合否基準となる。初期段階では新しい技術は未成熟であり、出来上がった二次電池にも品質のばらつきを生じている可能性も高いので、ある程度は致し方ないだろう。

時間をかけて実績を積み重ね、ハードルを下げていくしかない。

リチウム二次電池の場合、「リチウム二次電池」といっても、メーカもとい、製造ロットごとに中の材料が異なり、安全性能も違ってくる可能性があることも安全性評価の仕方を決めづらい原因の一つだろう。

じっくりと決める必要がある。

二次電池には寿命がある。ここで寿命というのは、１回充電して放電できる時間ではなくて、繰り返し使うことができる回数、または期間のことだ。前者はあえていうと、残存放電時間という。あるいは残存容量が目安となる。

二次電池の寿命は外から電池を見ているだけではわからない。ただ、電池の電圧を測ってもわからない。温度を測ってもわからない。

内部抵抗というのは、一つの指標になる。でも、むずかしい。

電池が寿命に至る原因（劣化モード）はいろいろある。正極活物質の劣化、負極活物質の劣化、電解質の劣化、正極あるいは負極集電体と活物質間の接触性低下、正極あるいは負極活物質と電解質界面の劣化、集電体と電池端子との接触不良、電池ケースのシール不良、などなど。

内部抵抗にはこれらの影響がすべて含まれているとも言える。だから、上手く分離できれば、どの劣化モードで寿命に至ったかがわかるはずだ。でも非常に難しい。

二次電池の寿命評価には目的が２つあると思う。

ひとつは、ユーザがアプリケーションに適用する際に、必要な寿命性能があるかどうかを事前に判断するため。つまり、「この電池使えるのかなぁ。この寿命評価方法で調べたら大丈夫そうだね。」と安心するためのもの。

もう一つは、電池開発メーカが、試作した電池の性能を把握するため。あるいは、さらに開発を進めるために必要なポイントを明確化するため。

前者には、機器というか、用途と言うか、アプリケーションから要求される運転パターンを必要に応じて組み込んで、実使用条件とできるだけ近い条件で寿命を評価する必要がある。そして、実際に使用したときの寿命と良い相関があることが必要だ。そして、「寿命」の数字が大事だ。

後者の場合は、電池の種類にもよるが、電池の寿命を延ばすポイント探しのためなので、できるだけ早く寿命に到達してしまった方が良い。そして、実際に使用した場合の劣化モードと同じ劣化モードで性能低下する条件を見出す必要がある。

寿命試験は時間がかかるけど、目的によってアプローチが違うと思うので、これをあやふやにすると、ただ電池を痛めつけるだけの試験になる可能性もあり、長期間の試験を実施した割には、実用化にも、電池開発にも役に立たなくなってしまうかも。それは避けたい。

万能の試験方法ではなく、必要なデータが取得できる試験方法とすることが大事だと思う。

ＮＨＫの番組で、Eliicaプロジェクトについて、清水浩先生が熱く語っていた。熱いといっても、普段の朴訥とした話し方でしたが。

なんていうのでしょう。「開発が必要な二次電池も大量普及すれば安価になる。」といつものお話をしていました。たしかにそのとおりなのですが、その具体的な道筋が示されていないことが問題だと思います。

電気自動車は良い。で、開発しよう。でもコストはどうする。たくさん普及させればよい。ここまではいいでしょう。でも、安いもので性能が良いものなら普及するに違いない。これは理想です。作るのはメーカです。メーカがどうやってコスト削減をできるようなシナリオを作るのか。特に、二次電池のメーカは自動車メーカと違って、いや、自動車メーカから叩かれる構図になっています。ここをどうするか。自動車メーカと電池メーカが一体となれば、そして双方がうまくいく動けるようになればいいのかもしれません。

日本国内でも、自動車メーカと電池メーカとの提携が次々と発表されています。それぞれのグループの具体的な動きに注目ですね。

ワシントンポストが7/8付7/6付で報じています。

タイトルの「リチウムイオン電池の安全確保について」、経済産業省がパブリックコメントを募集している（公募の詳細はURL参照）。

昨年、ノートパソン、携帯電話、電動バイクで相次いでリチウム二次電池の事故が発生したことへの対応について、経済産業省の商務情報政策局情報通信機器課が担当の、消費経済審議会製品安全部会の下部機関として設置したノートパソコン用リチウムイオン電池安全確保WGにおいて（長い！！）、リチウムイオン電池の安全性確保のための技術的方策の検討を行い、報告書（案）をとりまとめて製品安全部会に報告したそうだ。

報告書の内容は上記リンク先のPDFを参照してもらいたいが、「リチウムイオン電池に起因する製品事故への対応」状況について各メーカごとに整理し、それぞれの「事故原因の究明」を実施した結果を列記している。そして「一連の事故から得られた教訓」として、

• 「電池の設計および製造工程における安全性への考慮」の重要性
• 「機器の設計における安全のための考慮」の必要性
• 電池メーカと機器メーカ間の「擦り合わせの重要性及び情報連絡体制」の整備の必要性

を強調している。そして今後の「リチウムイオン電池及び搭載機器の安全性確保のための技術的方策」として、以下を挙げている。

（１）電池メーカにおける安全確保策

• 品質管理工程の改善
• 安全性評価試験手法の開発
• 動作・制御条件、環境条件範囲の明確化

（２）機器メーカにおける安全確保策

• 電池の安全性に余裕度を持った機器設計
• 電池の状態に応じた相応しい制御
• 情報発信

（３）メーカ間の連携による安全確保策

• 業界団体のガイドライン策定
• 適切な情報共有がなされるような体制整備とトレーサビリティの実現

さらに、米国のIEEE規格のような過度のメーカ規制を排除しつつ国際的な取り組みを進める必要があるとして、以下を進めるとある。

（４）国の製品安全関連施策による安全確保策

• 電池の安全確保のために必要な技術基準の制定とその基準への適合義務付け
• 国際標準化の提案
• 速やかな情報収集の実施と技術的な調査・評価等の積極的な実施

意見募集の期間は、５月４日（金）までである。ゴールデンウィークのまっただ中なので、関心のある方は連休前に意見を提出されてはどうだろうか。

リチウム二次電池は世界的に見ても日本の技術が進んでいる。是非、これを契機に、国や業界全体がしっかりと安全性の問題に取り組み、ユーザが安心して使えるようにしてほしい。

Science Articles || Science News Forumを翻訳しなおしてみました。

ゼブラ電池は南アフリカ共和国プレトリアのCSIRに勤務していたJohan Coetzerが1985年に発明したが(ゼブラ電池の名称はゼオライト電池研究アフリカプロジェクトに由来している）、ほぼ20年間開発が継続されていた。この電池の技術的な名称はナトリウム塩化ニッケル電池（Na/NiCl2電池）である。

車および船の電気推進力のための有望な未来の電池の1つがナトリウム塩化ニッケル電池（もしくはゼブラ電池）である。高温動作という不利な点にもかかわらず、重量エネルギー密度と体積エネルギー密度は優れており、特に（例えば、配達用バンおよびタクシーにおいて見られるように）大小変化する連続的な負荷を有する用途ではおもしろい電池の候補である。他の用途としては、電気推進力の潜水艦または未来の電気水上艦船のような船がある。

ゼブラ電池に魅力的なエネルギー密度、出力密度(90 Wh/kgおよび150 W/kg)を有する。液体電解質は157度で固体化するため、通常の実用温度範囲は270?350度である。このシステムのために開発されたβアルミナ固体電解質はナトリウム金属およびナトリウムAl-Cr合金の両方に対し非常に安定している。大型の電池で1500サイクル以上、5年以上の寿命が実証されている。また、10ないし20セルのモジュールで3000サイクル、8年以上の寿命が実証されている。ゼブラ電池駆動の自動車は200万kmを走行した。

ゼブラ電池の材料はニッケル水素電池やリチウムイオン電池と比べると、高価でまたかなり重いが、ハイレート、高温環境でも、20%充電レベル以下までの深い放電サイクルに対し非常に強い。しかし、この電池は保温が必要であり、長い走行距離を頻繁に低速で走行する、市街地走行バス、配達用トラック、ごみ収集トラックなどのような自動車のみ効果的である。

また、発電所においてピークエネルギー需要を相殺するための定置式電力貯蔵のような用途もある。

Halton Hill水力発電所、オンタリオ州アクトンの小さな発電所、には20kWhのナトリウム塩化物電池システムが導入され、電力を最適な時間帯に自動で充放電している。このプロジェクトは2006年7月に開始された。

Halton Hillで使用される電子的、電気的管理システムのすべては商用化され、特別な電気的業務は必要ではない。ゼブラ電池は本システムの鍵である。電力は全体的なエネルギー効率が約18%しかない水素燃料電池よりも効率的に蓄電され、ゼブラ電池の交流?交流変換効率は80%を超える。

ゼブラ電池が鉛蓄電池技術よりも安全であることを示しているもうひとつの適用分野としては、潜水艦の動力源がある。

さらに詳細な情報は、ゼブラ電池技術を推進しているBeta Research and Developmentのウェブサイトである http://www.betard.co.uk/ で参照できる。

福井大学・荻原先生から続報をいただきました。そのまま、引用させていただきます。
（読みやすくするため、句読点、改行を入れさせていただきました。）

荻原先生、ありがとうございます。

昨日の走行について簡単にお知らせします。

福井口から発坂までの23km走行しました。最高速度は70km/hを記録しました。

予想通り、かなり厳しい走行試験でした。車体が40トンの上に、常時200から400Aの電流が流れていたので、電池に相当な負担が掛かっていたようです。特に最後の上り坂では、電池パワーが落ちているとろへ、急坂になり、危うく電池がダメになるところでした。現在の電池は60kWhですが、90kWhまで容量を増加させると電池に余裕が出て、もっとスムーズに走行できると思います。

4月以降に90kWhに電池を改良予定です。今回の実験で、電池の性能がよくわかりました。実用上の課題はクリアしたと思います。あとは電池コストだけだと思います。

(続きを読む…)

Science Articles || Science News Forumを翻訳してみました（単純な機械翻訳です）。

プレトリア、南アフリカ共和国のCSIRで、(それ故に一流のシマウマ電池、なぜならゼオライト電池の研究のアフリカのプロジェクト)働いているJohan Coetzerが1985年に発明するシマウマ電池はほぼ20年間開発の下にあった。 電池の技術的な名前はNaNiCl2電池である。

車および船の電気推進力のための有望な未来の電池の1つはナトリウムまたはニッケルの塩化物またはシマウマ電池である。高い温度に関するある不利な点にもかかわらず、特定のエネルギーおよびエネルギー密度に関する利点は電池がでもっと使用されるまたはより少なく連続的な基礎が(例えば、配達用バンおよびタクシーで)それ興味深い候補者電池である適用のそのような物こと、特にある。もう一つの興味深い適用は電気推進力の潜水艦または未来の電気水上艦船のような船、船上にである。

シマウマ電池に魅力的な特定のエネルギーおよび力(90 Wh/kgおよび150 W/kg)がある。 液体の電解物は157 cで凍り、正常な実用温度範囲は270-350 c.である。このシステムのために開発されたβアルミナの固体電解物はナトリウムの金属およびナトリウムのchloroaluminateに両方非常に安定している。 1500の周期および5年にわたるの寿命は大型電池によって、そして3000の周期そして8年にとの10の-および20-cellモジュール示された。 ZEBRA電池によって動力を与えられる車は2以上,000,000キロメートルをカバーした。

シマウマ電池化学が高く、かなり重い、NiMHおよび李イオンと比較されてが、深く循環に対して非常に強い(20%充満に)どんなに、高い排出率および極度な周囲温度で。しかし、都市バスのような車でだけ有効である電池は、配達用トラック、長期の低い速度で頻繁に作動する廃物トラック等熱くしなければならない。

ある電気発生の場所のピークエネルギー需要を相殺するとそれはまた適用がように固定貯蔵の代わり見つけた。

Haltonの丘の水上飛行機、アクトン、オンタリオの小さい電気の生産者は、5つの自動的に力を満たし、排出する最もよい時期を定める20キロワット時間のナトリウムニッケルの塩化物電池をおよびソフトウェアから成り立つシステムを取付けた。 プロジェクトは2006年7月に始まった。

Haltonの丘で使用されるすべての電子工学および力の管理システムは商業的に利用でき、専門にされた電気仕事は要求されなかった。シマウマ電池はシステムへキーである。 それらは電気を全面的なエネルギー効率が約18%である水素の燃料電池より効率的に貯えてもいい。シマウマ電池システムは効率80% ACにAC会うか、または超過できる。

これらの電池ショーの大きい約束がまた潜水艦の力の要求に応じることができるlead-acid技術により安全な代わりとしてあるところ別の区域。

より多くの情報はベータ研究開発株式会社の非常にシマウマ電池の技術の能動態のhttp://www.betard.co.uk/,の家で見つけることができる。

福井大学の荻原隆先生からお知らせをいただきました。

３／１８（日）福井市えちぜん鉄道にて60kWhリチウムイオン電池による勝山線での夜間走行試験を行います。現在の電池では日本最大容量で，起伏の激しい勝山線での走行に挑戦します。
予定　福井口駅　２３：３０発　勝山駅まで
現在の６０００系車両による試験です。

着々と開発が進んでいるようです。
荻原先生ありがとうございました。

@niftyで、タイムラインと言うサービスが始まりました。いわゆる年表を作れるみたいです。

ためしに、ひとつ作ってみました。題して「電気自動車の実用化に向けたタイムライン」です。だれでも書き込める設定にしています。電気自動車に関するトピックスをどんどん登録してください。

ＵＲＬは、http://timeline.nifty.com/portal/show/176です。

見るだけなら、Main Menuのその他＞タイムライン、で見ることができるようにしました。