この発想はすごいと思う。
ファイバーバッテリー。
よく考えたものだ。
アメリカ（MIT), 中国（ふくたん大学）、最後にトヨタ。
この詳細はここ（英語）
I admired the idea of fiber battery.
Technophiles talk a lot about batteries because they are so essential to our electrified and green future. By historical standards we have cheap and powerful batteries today, but because they are so critical to our technological infrastructure, any way they can be incrementally advanced is welcome, and some advances may be game-changers. While there is a lot of focus on energy density (energy storage per volume) and specific energy (energy storage per mass), many other features are important to overall battery utility. One we do not often speak about is the shape of the battery, or the ability to take on a variety of shapes. I have a feeling we might be talking about this feature more in the future.
Imagine, if you will, a car that does not contain a large battery, it is a large battery. The structural components themselves double as battery storage. The same can be true for any part of your house, the casing of a laptop computer, or the structure of any electronic device, like a cell phone. Further, if batteries could be made into very thin fibers, then they could be woven into any shape. They could be thin, flexible, and woven into fabrics.
That is exactly what a team from MIT has accomplished. They created a process by which a lithium-ion battery can be stretched into a thin fiber, while maintaining the structural arrangement and integrity of all of its components. The battery fiber can then be coated in a protective material, making it waterproof. The authors write:
Here, we present a Li-ion battery fiber, fabricated for the first time using a thermal drawing method which occurs with simultaneous flows of multiple complex electroactive gels, particles, and polymers within protective flexible cladding. This top-down approach allows for the production of fully-functional and arbitrarily long lithium-ion fiber batteries. The continuous 140 m fiber battery demonstrates a discharge capacity of ∼123 mAh and discharge energy of ∼217 mWh.
They made the battery fiber 140 meters long to demonstrate that they could make it of any length. It could be spooled like thread, and then woven into a garment using standard techniques and machinery. You could have a jacket, for example, that is a battery. You could use it to power devices incorporated into the jacket, or to recharge your phone. With such fibers you could 3D print into any continuous shape desired. Imagine if every solar panel had its own battery built into its structure. Perhaps the fiber meshes could be hardened, like fiberglass, into rigid shapes.
This is the kind of technology that changes the rules for designing other technology and applications. Right now we have only a gen 1 version of the battery fiber, and the listed energy capacity is quite low. This is still suitable for small electronic devices, but we would need to see some calculations to determine if it is practical for larger applications, like cars or even laptops. Even in its current form it could be very useful, but as the technology improves, the range of applications will also grow. This is also where the imagination of the marketplace takes over. The potential seems great, and eventually someone will likely come up with a “killer-app” that everyone will want to have.
It’s like LED lights. The ability to have bright, colored, super-low energy lights not only creates a way to do things we are already doing but more efficiently, it creates the potential to do new things the old technology could not even do. There are lots of little applications I never thought of, but I’m glad someone did – like have a small ring of light on my power cord to confirm that the cord is indeed plugged in and receiving power. The ability to have almost anything double as a battery is similar. I wonder what ideas will in retrospect seem so obvious (like wheels on luggage) that you’re embarrassed to not have thought of it yourself.
Also, applications will not be limited to those in which the fiber battery can supply all of the needed power. If we go back to electric cars, for example, perhaps the range will not be sufficient using only fiber batteries built into the car’s structure. So what? Maybe this will give have the desired range, and the other half has to come from a dedicated battery. The question is – will the resulting system be cheaper and/or lighter than one without a structural battery? Engineers can play with a lot of variables. An all-electric plane may become more feasible if a large chunk of the required battery storage is in the fuselage of the plane itself.
We also have to think of many different industries and applications. Medical devices come to mind – small, flexible, waterproof devices that only need a small amount of power could be a perfect fit for this technology. There are lots of specialized jobs and applications that only someone who is familiar them will think about how a flexible fiber battery could be used.
The flexible thin fiber battery is something that researchers have been working on for a while. It’s like the light-bulb – there were many iterations contributed to by many inventors, but at some point it crossed over that fuzzy line (partly by Edison, but also by Swan) into a commercial product. So again, the real question is, has this advance brought fiber battery technology over the line into a commercial product? That remains to be seen, and is really only observable in retrospect. We will see if production can be scaled up in a cost-effective way, and if ultimately the technology market deems it worthy. Perhaps more incremental advances are necessary to truly cross the line. This advance does sound very promising, however, and it would not surprise me if we are on the cusp of a significant technology change brought about by some version of this tech.
バッテリーは、電化されたグリーンな未来に欠かせないものだからです。しかし、私たちの技術インフラにとって電池は非常に重要であるため、電池の進化は歓迎すべきことであり、中には画期的な進歩を遂げるものもあるかもしれません。エネルギー密度（体積あたりのエネルギー貯蔵量）と比エネルギー（質量あたりのエネルギー貯蔵量）に注目が集まっていますが、電池全体の実用性にとって重要な機能は他にもたくさんあります。そのひとつが、あまり語られることのない電池の形状、つまりさまざまな形状をとることができる能力です。この機能については、今後、もっと話題になるのではないかという気がしています。
想像してみてください。大きなバッテリーを搭載していないクルマを。構造部品そのものが蓄電池を兼ねているのです。家のあらゆる部分、ノートパソコンの筐体、あるいは携帯電話などの電子機器の構造体にも同じことが言えるでしょう。さらに、電池を非常に細い繊維にすることができれば、どんな形にも編むことができる。薄く、柔軟で、織物のように編むことができる。
MITの研究チームが成し遂げたのは、まさにこれだ。彼らは、リチウムイオン電池を、そのすべての構成要素の構造的配置と完全性を維持したまま、薄い繊維に引き伸ばすことができるプロセスを作り出したのである。この電池の繊維は、保護材でコーティングすることで、防水性を高めることができる。と著者らは書いています。
本論文では、保護用の柔軟なクラッド内に複数の複雑な電気活性ゲル、粒子、ポリマーを同時に流し込む熱延伸法を用いて初めて作製したリチウムイオン電池用繊維を紹介します。このトップダウン方式により、機能性に優れ、任意の長さのリチウムイオン繊維電池を作製することができます。140mの連続繊維電池は、約123mAhの放電容量と約217mWhの放電エネルギーを実証した。
140mのファイバー電池を作ることで、どんな長さでも作れることを実証した。糸のように巻いて、一般的な技術や機械で衣服に織り込むことができるのです。例えば、ジャケットがバッテリーになっているようなものです。ジャケットに組み込まれた機器に電力を供給したり、携帯電話を充電したりするために使うことができます。このような繊維を使えば、3Dプリントで好きな連続した形状に仕上げることができます。例えば、ソーラーパネルにバッテリーを内蔵したらどうでしょう。繊維のメッシュをグラスファイバーのように固めて、硬い形状にすることもできるかもしれません。
これは、他の技術やアプリケーションを設計する際のルールを変えるような技術です。今はまだ、バッテリーファイバーの第1世代バージョンしかなく、記載されているエネルギー容量もかなり低いです。小型の電子機器にはまだ適していますが、自動車やノートパソコンなど、より大きなアプリケーションで実用化できるかどうかは、ある程度計算してみる必要があるでしょう。今のままでも十分使えますが、技術が向上すれば、応用範囲も広がります。ここでも、市場の想像力がものを言う。可能性は大きいと思われますし、いずれ誰かが、誰もが欲しいと思うような「キラーアプリケーション」を考え出す可能性があります。
それは、LEDライトのようなものです。明るく、色鮮やかで、超低エネルギーの照明ができることで、私たちがすでにやっていることをより効率的に行う方法が生まれるだけでなく、古い技術ではできなかった新しいことを行う可能性も生まれるのです。例えば、電源コードに小さな光の輪を付けて、コードが確かに接続され、電力が供給されていることを確認できるようにするなど、私が思いつかなかった小さな用途がたくさんありますが、誰かがやってくれてよかったと思います。例えば、電源コードに小さなリングを付けて、コードが確かに接続され、電力が供給されていることを確認できるようにしたり、ほとんどすべてのものをバッテリーとして機能させることができます。荷物にキャスターをつけるなど、後から考えると当たり前すぎて、自分で考えなかったことが恥ずかしくなるようなアイデアはないでしょうか。
また、ファイバーバッテリーで必要な電力をすべてまかなえるような用途に限定されるものでもないでしょう。例えば、電気自動車に話を戻すと、車の構造に組み込まれた繊維電池だけでは航続距離が足りなくなるかもしれません。では、どうでしょう？残りの半分を専用バッテリーでまかなえばいいのです。問題は、出来上がったシステムが、構造用電池を使わないシステムよりも安価で軽くなるかどうかということです。エンジニアは多くの変数で遊ぶことができます。例えば、必要なバッテリーの大部分を機体に内蔵すれば、電気飛行機がより現実的になるかもしれません。
また、さまざまな産業や用途を考えなければなりません。小型で柔軟性があり、防水性があり、わずかな電力しか必要としない医療機器は、この技術にぴったりかもしれません。専門的な仕事やアプリケーションはたくさんありますが、それを熟知している人でなければ、フレキシブルファイバーバッテリーがどのように使われるかを考えることはできないでしょう。
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フレキシブルな薄型ファイバー電池は、研究者が長い間取り組んできたものです。電球と同じで、多くの発明家によって何度も繰り返され、ある時点で（エジソンやスワンによって）そのあいまいな境界線を越えて製品化されたのです。つまり、今回の技術革新によって、ファイバーバッテリー技術は商品化されたのだろうか？それは、まだ分からないし、振り返ってみないと分からない。コスト効率のよい方法で生産規模を拡大できるかどうか、そして最終的に技術市場がそれに値すると判断するかどうかを見ることになるでしょう。本当に一線を越えるには、もっと段階的な進歩が必要なのかもしれません。しかし、この技術は非常に有望であり、この技術のいくつかのバージョンによってもたらされる重要な技術革新の入り口に立っていても、私は驚かないでしょう。