5GやIoT市場の急速な拡大で、面積エネルギー密度が高く、小型化かつカスタマイズできるフレキシブルバッテリーが求められている。研究チームは、ZPower社が保有する陰極化学組成設計に関する独自技術に着目し、ボタン電池として広く使われている酸化銀電池を、再充電可能なフレキシブルバッテリーに変えることにチャレンジした。

酸化銀電池は、陰極材料としてAg2O組成を用いており、サイクル寿命が短くかつ容量も低いため、主に低電力用使い捨てボタン電池に用途が限定されている。一方、陰極材料としてAgOを用いるとエネルギー密度を向上できるものの、AgOは電気化学的に不安定という問題がある。そこで研究チームは、ZPower社独自の酸化鉛コーティングを活用し、AgOの電気化学的安定性の向上に成功した。また、陽極材料としてZnを用いたAgO-Znバッテリーでは、インピーダンスを低下させ導電性を向上させることが判った。その結果、リチウムイオンバッテリーの10～20倍となる54mAh/cm²の面積容量を示し、エネルギー密度として5～10倍大きい電力を供給できることを示した。

製造プロセスの観点では、AgOは極めて酸化性が強く急速に劣化するので、これまでスクリーン印刷に適用するのが難しかった。研究チームは、様々な溶媒とバインダーについて探索して、AgOに適したインク配合を発見。ロール焼付けが可能で、製造速度を上げスケールアップも可能なことも明らかになった。

研究チームは、ポリマーフィルム上に集電体、Zn陽極、AgO陰極、および対応するセパレータを集積したバッテリーにより、マイクロコントローラとBluetoothモジュールを備えたフレキシブルディスプレイシステムに電力供給し、従来のリチウムコインバッテリーよりも高い性能を示すことに成功した。

印刷されたバッテリーは、容量の大きな損失を示すことなく80サイクル以上も再充電でき、また、繰返して曲げや捩りを加えても、機能を維持することができた。研究チームは、次世代5Gデバイスやソフトロボットに必要な、もっと安価で高速充電可能な、より低インピーダンスで高電力出力のフレキシブルバッテリーを目指し、研究を進めている。

（fabcross for エンジニアより転載）