グラフェンが切り拓く未来へ突き進む

世界的な需要

クリーンエネルギーや電化（特に電気自動車（EV））に対する世界的な需要が高まり続ける中、これらの産業に不可欠なバッテリー関連技術への需要も急増している。

現在、エネルギー貯蔵市場では従来型のリチウムイオン電池が主流となっています。しかし、リチウムイオン電池には欠点があります。その欠点としては、製造コストの高さ、寿命の短さ、安全性の懸念、そして環境への影響などが挙げられます。

今日、最大の課題は、この需要に応えるためにバッテリー技術を向上させること、すなわちリチウムイオン電池に代わる技術の開発です。

グラフェン電池こそが解決策となるのだろうか？

グラフェンのイノベーション

過去20年間、グラフェンの革新的な応用は、携帯電子機器からエネルギー貯蔵・回収に至るまで、さまざまな産業分野で急速に広がってきました。

グラフェンは、驚くべき特性と性質を持つことが実証されています。グラフェンは、炭素原子が単層で六角格子を形成しており、世界最薄の物質となっています。しかし同時に、その強度は極めて高く、鋼やダイヤモンドといった物質よりもはるかに強靭です。

その軽量性と耐久性により、すでに自動車や航空分野で活用され、燃料消費量と二酸化炭素排出量の削減に貢献しています。さらに、グラフェンの卓越した導電性により、充電速度の向上や熱安全性の向上が可能であり、従来のリチウムイオン電池に組み込むことで、性能を大幅に向上させることができます。

ナトリウム系バッテリーなど、他の持続可能なバッテリーは、より安価で環境に優しい代替手段となる一方で、エネルギー密度が低いといった既知の欠点があります。これは、エネルギー貯蔵量の低下や寿命の短縮につながることから、これら両方の性能が求められる電気自動車（EV）への実用化は困難であると考えられます。

したがって、グラフェンの汎用性により、再生可能エネルギーやエネルギー貯蔵の分野において画期的な存在となっており、リチウム系材料に挑むにふさわしい候補となっている。

グラフェンを用いた発明の特許取得

欧州特許庁（EPO）が2024年版の「特許インデックス」を発表したことで、特許活動の主要な数値や動向が明らかになった。注目すべき統計によると、電気機械・装置・エネルギー分野における出願件数は、過去10年間で64.8％増加した。これにはバッテリー技術も含まれており、この分野は2015年以降、EPOが扱う35の技術分野の中で最も急速に成長している。

2050年までにEUで気候中立を達成するという目標を定めた2021年の欧州気候変動法以来、持続可能な再生可能エネルギーや電気自動車の普及も進んでいる。EPO特許指数によると、バッテリー技術は、よりクリーンで再生可能なエネルギーへの移行である「エネルギー転換」における重要な分野であり、2024年の特許出願件数は前年比で24％増加し、成長が加速している。

EPOの統計は、ボルタ財団が発行する『Annual Battery Report』に掲載された業界動向と一致していた。同報告書によると、2024年にはバッテリー駆動モデルを含む世界のEV販売台数が25％増加したことが明らかになった。また、バッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）に加え、ナショナル・グリッドのような電力を貯蔵する装置も、バッテリー導入において勢いを増している。

現在、バッテリー技術の応用分野における市場はアジアが主導しており、2024年に出願を行った欧州の特許出願者トップ10には、LG、サムスン、トヨタ自動車などが名を連ねている。

商業化

グラフェン電池分野は、政府、研究機関、民間企業からの投資に後押しされ、急速に発展している。

2015年、英国政府と欧州地域開発基金（ERDF）は、国立グラフェン研究所の研究を支援するため、6,100万ポンドという多額の投資を行いました。この資金により、産業界のパートナーとマンチェスター大学の第一線の学術専門家との間で重要な連携が実現し、グラフェンの卓越した特性を活かした新技術、新製品、新プロセスの開発と実用化が可能となりました。

EUの「グラフェン・フラッグシップ」などのその他の取り組みにより、グラフェンを用いた鉛蓄電池「Ipower Batteries」が製品化されました。この点において、市場は、より環境に優しく、より効率的なEVソリューションへの需要によって牽引されてきました。

グラフェン電池の研究開発は活発に進められているものの、課題がないわけではない。グラフェン材料への需要が高まるにつれ、最大のボトルネックとなるのは、工業規模での生産の実現である。最近、スウォンジー大学と中国の複数の大学からなる共同研究チームが、『Nature Chemical Engineering』誌に論文を発表し、リチウムイオン電池の熱安全対策に用いるグラフェン箔の商業規模へのスケールアップに関するプロトコルを明らかにした。これは、グラフェン生産を商業レベルへと拡大するための前進となるものである。

さらに、米国 NanoTech Energyは、グラフェンベースのエネルギー貯蔵ソリューションのリーダー企業として、 Geuyang と提携した。両社の提携は、それぞれのバッテリー技術を融合させ、量産化を実現することを目的としている。これにより、両社の事業はEV、携帯電子機器、エネルギー貯蔵システムへと拡大することになる。また、グラフェンを活用することで、バッテリーの安全性と性能におけるイノベーションを加速させるための重要な一歩となるだろう。