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PARC、太陽電池やバッテリーを生産するためにプリンターを再設計

PARC、太陽電池やバッテリーを生産するためにプリンターを再設計
PARC、太陽電池やバッテリーを生産するためにプリンターを再設計
リチウムイオン印刷IDGNS
プリントされたリチウムイオン電池。

インスピレーションは思いもよらないところから湧き出るものだとよく言われます。シリコンバレーにあるゼロックス傘下の研究所、パロアルト研究所(通称PARC)の科学者にとって、インスピレーションの源は歯磨き粉のチューブでした。

その結果、太陽光パネルの効率を高め、バッテリーのエネルギー密度を高めることができる新しい製造方法が生まれました。

研究所がゼロックス社の既存の技術、例えば印刷技術を他の分野に応用する方法を模索していた時に、このアイデアは生まれました。歯磨き粉のチューブノズルから2、3種類の素材が絞り出される際に、それらが互いに形を作り合う様子を観察していた時、あるエンジニアは「なるほど!」という瞬間に遭遇しました。

研究者たちは、最終的には燃え尽きる犠牲材料に囲まれた銀ペーストを印刷ノズルから絞り出すことで、非常に細い銀の線を描けることを発見した。そして、エレクトロニクス分野では、どんな種類の細い導電線でも良いのが普通だ。

スコット・エルロッド、PARCIDGNS
PARC研究所所長スコット・エルロッド

犠牲材料はノズルから出てくる銀を形作るので、結果として得られる銀の線は幅50ミクロン、高さ30ミクロン(1ミクロンは1ミリメートルの1000分の1)になる。これは、銀を単独で蒸着した場合に得られる幅の半分、高さの3倍だと、この研究が行われているPARCのハードウェアシステムラボの副社長兼所長、スコット・エルロッド氏は述べた。

「これが太陽電池です」とエルロッド氏は記者にこの技術で作られた試作品を見せながら説明した。この太陽電池は、電力を運ぶ細いグリッド線で覆われているだけでなく、光を電気に変換する光起電材料の上にも配置されている。銀の線が細いほど、太陽電池の表面積が覆われる面積が小さくなり、より多くの電力を発電できる。

リチウムイオン印刷IDGNS
パロアルト研究センターでのデモンストレーションで披露されたリチウムイオンボタン電池のプロトタイプ。

「100メガワットの生産施設を想像してみてください」とエルロッド氏は述べた。「従来のスクリーン印刷の代わりにこの種の印刷技術を導入すれば、103、104、105メガワットの発電量になります。しかも、この技術にかかるコストは従来のスクリーン印刷とほぼ同じです。」

このシステムはすでに、名前を伏せた太陽電池メーカーと共同で試験生産されています。PARCの研究はこれで終わりではありません。同じ技術が、電気自動車、電動工具、ノートパソコン、その他無数の携帯型電子機器の心臓部であるリチウムイオン電池にも試験的に導入されています。

より高密度なバッテリーの製造

電池は正極と負極の間の電子の流れによって電気を生成します。PARCの研究者たちは、共押出技術を用いて正極に小さなチャネルを作り、リチウムイオンがより深く浸透できるようにしています。

「そうすることで電極を厚くすることができ、厚くなるにつれてバッテリー全体のエネルギー密度が高まります」とエルロッド氏は述べた。「つまり、電気自動車のバッテリーで100マイル走行する代わりに、120マイル走行できるようになるかもしれません。改善率は約20%だと考えています。」

このバッテリーはまだ研究段階ですが、同社はすでにボタン型電池の試作品をいくつか開発しています。PARCは、この技術がまず電気自動車や電動工具市場に採用されることを期待しています。

太陽電池印刷 PARCIDGNS
PARC の共押し出し技術で印刷されている太陽電池。
太陽電池IDGNS
PARC の共押し出し技術で印刷された直後の太陽電池。

Otpoo

Health writer and researcher with expertise in evidence-based medicine and healthcare information.