──SAITECでは、マグネシウム二次電池を開発しているそうですが、どういう経緯で開発が始まったのですか？

栗原：鈴木社長のマグネシウム空気電池に関わったことで、マグネシウム電池はいけそうだという感触を得ました。現在は、二次電池の方が市場規模がはるかに大きいですから、では二次電池を作ってみようかと考えたのです。

──今回、開発されたのはどういうものなのですか？

栗原：マグネシウム二次電池に使う、正極活物質です。私は以前からマイクロ波プラズマに関する研究を行っており、プラズマを利用した材料合成のノウハウがありました。これを使えば実現できそうだという目算がありました。

今回開発したのは、負極活物質に金属マグネシウムを使う、「マグネシウム金属電池」です。

──マグネシウム金属電池は、どういう仕組みになっているのでしょう？

栗原：充放電ができる二次電池を作るためには、マグネシウムイオンが活物質を自由に出入りできるようにする必要があります。放電する時は、負極の金属マグネシウムがマグネシウムイオンになり、正極活物質と結びつく。充電する時は、正極活物質からマグネシウムイオンが飛び出て、負極の金属マグネシウムに戻るようにするのです。

これまで、この正極活物質としては酸化物系と硫化物系が報告されていました。酸化物は構造が安定していますが、マグネシウムイオンが正極にトラップされやすく充電が難しい。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りました。そこで、この両物質系のいいとこ取りができないかと考えました。

──両物質を混ぜるのですか？

栗原：はい。結晶構造が安定な酸化物に硫黄をドープ（少量添加）するイメージです。しかしながら、この反応は簡単ではありません。電池に使う酸化物は還元しやすく、硫黄は酸化・揮発しやすいので、両物質が反応して、酸化物は還元、硫黄は酸化して二酸化硫黄として気化してしまうからです。そこで、これまで開発したプラズマ合成を適用してみました。両物質に水を添加し、減圧してマイクロ波を照射すると、水プラズマが発生します。減圧状態での水の沸点以下ですので、極めて低温です。

この水プラズマで反応させると、酸化物の構造は維持され、表面に硫黄がドープされ、アモルファス化：ガラス化することがわかりました。酸化物としては、例えば、五酸化バナジウムを用いました。これに硫黄をドープした物は、容量が250mAh/gで、10サイクルまでのサイクル維持率が90%を達成することができました。

──リチウムイオン電池と比べてどうでしょう？

栗原：リチウムイオン電池に使われるコバルト酸リチウムは150〜160mAh/gですから、容量で勝ります。ただし、リチウムイオン電池の電圧が3V以上なのに対し、今回開発した正極活物質では1.5Vです。理論的には2.3Vまで出る可能性がありますが、どうやってもリチウムイオン電池より0.7Vは低くなります。

マグネシウム金属電池が、リチウムイオン電池に決定的に勝るのは安全性でしょうね。リチウムイオン電池は事故でパッキングが壊れた場合に爆発する可能性がありますが、マグネシウム金属電池はパッキングが取れても燃えたりはしません。マグネシウムは空気と猛烈に反応しますが、それも粉末になった場合だけです。

また、リチウムイオン電池の重量のうち、半分はパッキングです。マグネシウム金属電池では重いパッキングが不要なため、同じ重量なら航続距離が伸びるでしょう。