温室効果ガスの1つである二酸化炭素の削減は喫緊の重要課題です。エネルギーの安定供給と環境配慮の両立を目指しながら二酸化炭素を削減するには、自然エネルギーやバイオマスなどの新しい再生可能エネルギーの社会実装が必要です。自然エネルギーを現実社会に大量に導入するには発電設備の問題もありますが、電力の安定化も重要な課題となっています。そのために、蓄電 、キャパシタ、燃料電池・電解複合システムなどが、今後の自然エネルギー導入の鍵を握っています。これらのデバイスは電気エネルギーを化学物質のエネルギーに変換する、あるいはその逆のエネルギー変換を高いエネルギー変換効率で行う機能を持ち、発電システムと送電グリッドの中間に位置することで自然エネルギーを安定化させるとともに有効利用する役目を担っています。すでに、リチウムイオン電池や鉛蓄電池が定置用エネルギー変換デバイスとして使用されています。しかし、普及のために解決しなければならない問題が残っています。それは、リチウムイオン電池の場合には安全性と寿命であり、鉛蓄電池ではエネルギー密度と寿命です。本テーマでは、これら具体的な問題点を解決するための新規エネルギー変換デバイスやそれらを実現するための新規材料の開発を推進し、定置用電気化学エネルギー変換デバイス構築のための材料技術と電池技術を確立します。あわせて、電気化学エネルギー変換デバイスに関する基盤学術の進展も目指します。

電気化学エネルギー変換デバイスとして、蓄電池、キャパシタ、燃料電池・電解複合システムなどを中心に、次世代定置用エネルギー変換・貯蔵をシステムに資する電池技術や材料技術の創成を目指します。電気自動車用電池システムや太陽光発電用電池システムは既に存在しますが、これらの応用で使用されているリチウムイオン電池を含め新しい電池系に関する研究を推進します。定置用のエネルギー変換システムにおいては、例えば夜間と昼間の電力料金の差を利用して電力事業に参入できることが重要な課題です。また、各家庭においても同様のことが言えます。さらに、これらの効果は、電力系統の夜間と昼間の電力の需給バランスを調整し、電力のピークシフトやピークカットなどにより、化石燃料を利用する火力発電の負荷を下げ、トータルエネルギーの利用効率を高めることにつながります。このような事業が実際に社会で行われるためには、エネルギー変換システムのコストが重要となります。蓄電池やキャパシタの場合には単位電力当たりのデバイスコストが大きな問題となっています。また、燃料電池・電解複合システムを利用する場合には、単位重量当たりの水素のコストが重要となります。したがって、高効率な充放電や電解が必要であり、少なくともエネルギー変換効率が90 〜 95 %程度必要となります。さらには、デバイスの寿命が最大の問題となります。これまでにリチウムイオン電池や鉛蓄電池の寿命改善がなされていますが、電池コストを低下させるためには、充放電サイクル3,000回以上、好ましくは5,000回以上のサイクルが必要です。将来的にはさらに、10,000回のサイクルができるエネルギー変換デバイスが登場することが望まれます。また、エネルギーデバイスにおいては安全性も非常に重要な課題です。本テーマではこれらの特性を満足するための技術を取り上げます。可能な限り、実用的な電池での試験結果を出すことが望まれますが、本テーマ終了時点で電池メーカーなどとの共同研究により、提案される材料やデバイスの事業化に向けた検討が始まることが望まれます。したがって、提案書には材料研究のみならず、試験電池への展開方針と事業化技術の見通しも記述されることが求められます。すなわち、材料研究に基づく今後の展開方針を合理的に説明し、実用化研究および事業化につなげる戦略を明確にしておくことが重要です。

二酸化炭素の削減に真の意味で貢献する電気化学エネルギー変換デバイスを創成することが本テーマの責務であり、材料研究から最終のデバイス研究までを常に考えながら研究を進めなければなりません。

課題間での協力体制を構築し、お互いの研究状況を把握しながら、どのようにして実用電池へ技術を展開していくかを意見交換しつつ研究を推進します。また、適切な時期に適切なタイミングで研究の方向性に関する議論を行い、材料研究であっても電池研究あるいはエネルギー変換システム研究につなげる戦略を確認します。これにより、各課題で実施する研究のテーマへの貢献をより明確化します。

本テーマにおける目標は、以下のとおりです。

なお、本テーマで目指すのは、自然エネルギーの導入や昼夜の電力平準化のためのエネルギー変換デバイスですので、電気自動車で求められるほどのエネルギー密度と出力密度を有する必要はありません。

本テーマでは次世代定置用エネルギー変換デバイスに集中して革新電池、革新材料、革新システムの基礎を築くことが目的です。数値目標も重要ですが学術的基盤の構築も大切です。提案書では、学術基盤から事業展開への可能性を示してください。