空気マグネシウム電池
空気マグネシウム電池(くうきマグネシウムでんち、マグネシウム・空気電池、マグネシウム燃料電池、MAFC)は空気電池および燃料電池の一種であり、負極に金属マグネシウムを使用し、正極に空気中の酸素を使用する。電解液としては食塩水が利用される。
研究および市販化の技術は MagPower Systemsにより公開されており、90%の効率および-20 - 55°Cの環境下での動作が可能としている。
国内では埼玉県産業技術総合センターの栗原英紀が活物質重量比90%以上の実容量での放電に成功している。負極の放電容量は2000Wh/kg。
正極活物質を工夫する必要があるが、酸化物は構造が安定しているものの、マグネシウムイオンが正極にトラップされやすいため充電が難しく、硫化物は構造が不安定で電解液中に溶解する等の問題があった。そこで両者を併用することで特性の向上が図られている。現在のところ容量は250Wh/kgであり、10サイクル後の維持率は90%である。
2014年7月11日、京都大学のグループがリチウムイオン二次電池と置き換え可能な高エネルギー密度マグネシウム金属二次電池の開発に成功したと発表。2014年7月11日午前10時 (英国時間)付けで、本論文がNature Publishing Groupのオンライン科学雑誌「Scientific Reports」に掲載された。マグネシウム電池は高い電圧を出せない課題があったが、新開発の正極と電解液を組み合わせて解決した。これにより、電気自動車(EV)や太陽光発電、風力発電の蓄電向けに大容量の大型電池を安く作れるようになり、企業と協力し実用化を目指す。
2016年10月、本田技研工業と埼玉県産業技術総合センターが世界で初めてマグネシウムを使い、繰り返し充電できる2次電池の実用化にメドを付けたと発表。寿命や安全性でリチウムイオン二次電池と遜色のない水準を維持できる基本データを得ており、2018年の製品化を目指す。マグネシウムの調達コストはレアメタルで高価なリチウムの25分の1程度で済み、電池の容量も大きく小型化しやすい特徴を持つ。
自己放電を防ぐために電解液をアルカリ性にすると、マグネシウムの表面と反応して不動態になってしまう。また余分な熱も発生する。 発生する水酸化マグネシウムが電解液に溶解しやすくするための補助剤を加えることで回避する(記事上では具体的な物質名は公表されていない) 小濱泰昭率いる東北大学エアロトレイン開発チームはエアロトレインに使った難燃性マグネシウム合金(マグネシウムにカルシウムを混ぜた合金)を海水に浸して電池を作る実験をしたところ、従来よりはるかに長く電気が発生する事を発見した。これはマグネシウムとカルシウムが不動態の原因となる水酸化物イオンを奪い合い続けるため、水酸化物イオンが結びつく相手を変えた瞬間に電極のマグネシウムが溶け出す現象が起こるからである。
現状で反応(放電)速度を制限しているのはマグネシウムのイオン化速度ではなく酸素の吸収速度であり、大電流を取り出すためにはより高効率な酸素の吸収を行える空気極の開発が必要である。
近年、非常に高効率の空気極の開発が進み、0.25A/cm2, 0.25W/cm2を実現し、従来のマグネシウム電池の10倍以上の性能が実用化された。これは、1mm厚のマグネシウム1枚で、50cmx50cmの面積の電池だけで、625Wを発生するという驚異的なものです。さらには、円盤型のマグネシウムが回転しながら燃料を供給する燃料電池も特許化されている。この電池で有れば、直径60cm、高さ50cmで36kWhを実現することになる。電池重量もわずか24kgで、リチウムイオン電池の1/10と予測されている。