グラフェン強化バッテリー：未来はもうここにある

ここ数年、バッテリー技術は少しずつ進化を続けていますが、最新スマートフォンの要求水準には追いつけていないのが現状です。スペースの制約や充放電時の耐性の問題により、リチウムイオンバッテリーで動く小型コンピュータであるスマートフォンは、数時間しか持たないバッテリー寿命と長い充電時間という代償を払って得られる利便性となっています。しかし近年、グラフェン製造技術の進歩により、商用利用可能なグラフェン強化モバイルバッテリーが登場し始め、このジレンマに少なくともいくらかの救いをもたらそうとしています。

グラフェンができること

グラフェンとは、炭素原子がわずか一原子分の厚さで構成された層のことです。鉛筆の芯に使われる黒鉛（グラファイト）と同じ素材でできていますが、あまりにも薄いため実質的に二次元しか占めず、電気の超伝導体としても機能します。これは非常に価値のある特性です。というのも、私たちが電気伝導に使うほとんどの材料にはある程度の抵抗があり、そのためより大きな体積（高アンペアで電流を流すための太い銅ケーブルなど）や、創造的な解決策（高性能チップの上に大型ヒートシンクと空冷ユニットを搭載するなど）を使って熱を逃がす必要があるからです。

内部電気抵抗こそが、すべてのバッテリーが一定の「ドレン限界」を超えられない理由です。一部の高性能モデルでは最大20アンペアでの放電が可能で、かなりの負荷がかかる状況でも高速な充放電ができますが、最終的には必ず限界にぶつかり、それを超えることは危険または不可能です。

グラフェンは、内部抵抗がほぼゼロであるため、この限界を驚異的なレベルまで引き上げます。発熱が非常に少なく、受け取った熱も素早く放散するため、バッテリー内に複数層配置することで、激しい充放電サイクルに対してはるかに強靭になります。

簡単に言えば、理論上はリチウムイオンバッテリーをグラフェンで強化することで、60ワット前後といった驚異的な出力でも快適に充放電でき、しかも寿命に大きな影響を与えないようにできるということです。実際、現在の主張が正しければ、グラフェンによってバッテリーは現行品よりもはるかに多くの充電サイクルに耐えられるようになるかもしれません。

グラフェンにできないこと

グラフェンは非常にシンプルな「一芸特化型」の素材です。私たちがこの素材に注目するのは、過去に使われてきた他の超伝導体よりもはるかに効率的に電気を伝導できるからです。宇宙に普遍的に存在するごく一般的な元素でできており、希少資源の集中的な採掘も必要としません。しかし、デバイスのバッテリー技術には、現在メーカーを悩ませている複数の要求があります。

まず、今日使われているスマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどの先端的なポータブルデバイスの多くは、容量の問題を抱えています。リチウムイオンバッテリーから絞り出せる性能には限りがあり、グラフェンはその問題を解決してくれません。

幸いなことに、グラフェンにはバッテリーが膨大な電力を素早く吸収するのを助ける能力があるため、容量の問題はそれほど深刻にはなりません。充電にかかる時間が大幅に短縮され、ヘビーユーザーにとってもストレスが軽減されるからです。

今すぐグラフェン強化バッテリーを入手できる？

2020年初頭の時点で、いくつかの企業がグラフェン強化モバイルバッテリーの先駆けとなっています。その中には、Elecjetの「Apollo Traveler」やReal Grapheneの「G-Pro」「G-Max」があり、5,000mAhから20,000mAhの容量を誇ります。

現時点では、グラフェン強化バッテリーを搭載した市販のスマートフォンは見つかりません。つまり、これらのモバイルバッテリーは自分自身を高速充電できるだけであり、通常のバッテリーは60ワット前後の充電サイクルで損傷してしまうため、スマートフォンに同じ電流を供給することはできません。いずれのモバイルバッテリーも1時間以内にフル充電可能で、その大容量を考えれば印象的な速さです。

将来的には、スマートフォンメーカーがこうした製品に注目し、損傷なしに同様のレベルの電流で充電できるデバイスを作り始めるかもしれません。当面は、その方向への一歩一歩の前進となるでしょう。