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スマートフォンは、最新のコンポーネントやチップセットのおかげで、毎年ますますスマートになっています。しかし、高性能化が進む一方で、デバイスのパワーを最終的に制限してしまう技術が依然として存在しています。それはバッテリーです。
いつかケーブルから解放される日が来ることを願い、誰もがより長持ちするバッテリーを渇望する中、世界中の企業がバッテリー技術の最新ブレークスルー開発にしのぎを削っています。固体電池からグラフェン電池、そして高性能リチウム電池まで、次世代のテトラパックに相当するデュラセル、そして莫大な富を生み出す製品の開発競争が繰り広げられています。さて、今月の注目は？それは、核廃棄物から作られたバッテリーです。
多くの企業が、何年も使える核廃棄物を動力源とするバッテリーの開発に取り組んでいます。ブリストル大学発の企業、アーケンライトもその一つです。デバイスに電力を供給するために化学反応を利用する従来のリチウムイオンバッテリーとは異なり、アーケンライトの核廃棄物を動力源とするバッテリーは、廃止された原子力発電所から排出される黒鉛を使用します。この黒鉛から放射性炭素14が採取され、人工ダイヤモンドへと加工されます。炭素14が自然に崩壊するにつれて、ベータ粒子がダイヤモンド内の電子を叩き出して電流を発生させます。さらに、この自己発電プロセスは12年から5000年も持続します。理論上、このようなバッテリーが十分に商業化されれば、携帯電話を充電する必要がなくなることを意味します…二度と。常に自動的に充電されるようになるのです。
核廃棄物をエネルギーに変換するという概念は、全く新しいものではありません。研究者たちは1900年代初頭から放射性物質を電流に変換する研究を続けてきました。そして1970年代には、放射性同位元素を用いて微弱な電流を発生させるベタボルタ電池が既にペースメーカーに使用されていました。しかし、これらは最終的に従来のリチウムイオン電池に置き換えられました。ベタボルタ電池がペースメーカーなどの機器に使用された主な理由の一つは、長寿命であったことですが、出力が小さいため、より高出力の用途には使用されませんでした。
アーケンライト社は、従来のものよりも効率が高く、電力密度の高い原子力電池を開発できたと発表した。ブリストル大学の研究者たちは、放射性同位元素をダイヤモンド材料の中に封入すれば、出力を向上できることを発見した。「ダイヤモンドの格子マトリックスは非常に緻密なので、ベータ粒子が逃げ出すことはありません」と、アーケンライト社のCEO、モーガン・ボードマン氏は説明する。「つまり、魔法のような答えが見つかったのです。重要なのは、非常にしっかりと結合した物質ができたことです。人間が安全に使用でき、エネルギー密度は商業用途に実際に役立つレベルに達しています。」
これらの商用アプリケーションには、工場の現場で使用されるアクチュエーターやセンサーから、輸送コンテナや宇宙機器のセキュリティタグまで、あらゆるものが含まれます。一般的には、現在マイクロバッテリーで電力を供給しているあらゆるデバイスがこれに該当します。しかし、スマートフォンや電気自動車は？おそらく無理でしょう。「野菜スプレッドの容器ほどの大きさのバッテリーがあれば、今すぐにでもスマートフォンに電力を供給できます」とボードマン氏は言います。
ベタボルタ電池の問題は、寿命がはるかに長くなる代わりに、出力がはるかに低いことです。数十マイクロワット程度です。「現状の最先端の技術をそのまま採用し、今後数年間でいくつかの段階的な改良を重ねたとしても、携帯電話やノートパソコン、自動車に電力を供給するのに必要なエネルギー密度には到達できないでしょう」とボードマン氏は説明します。
ボードマン氏によると、倉庫のセンサーのような装置に1000年間電力を供給するには、メーカーは約50ポンドかかるという。しかし、マーガリンの容器ほどの大きさのダイヤモンド素材を搭載したスマートフォンは、「ナプキンの裏に書いてあるくらいの金額で、20万ポンドを超える」という。例えば、スマートフォンの電源に必要なエネルギーは、マイクロワットのペースメーカーに必要なエネルギーよりもはるかに大きい。
しかし、カリフォルニアに拠点を置くNDBは、ベタボルタ電池の貧弱な電力出力に対する解決策を見つけたと述べ、放射性廃棄物を大規模に利用してiPhoneや電気自動車などの高出力機器の駆動に使用できると主張している。
同社は、放射性同位元素のベータ崩壊だけでなくアルファ崩壊も利用するナノダイヤモンド電池の開発に取り組んでいる。NDBのCEO、ニマ・ゴルシャリフィ氏は、同社の技術によって、あらゆるデバイスに電力を供給できると主張している。低電圧宇宙電子センサーから、携帯電話やノートパソコンなどの家電製品、さらには電気自動車や飛行機などの高出力デバイスまで、幅広いデバイスに電力を供給できるという。「現在のリチウムイオン電池で駆動できるものなら、何でも同じように駆動できる」とゴルシャリフィ氏は主張する。
ゴルシャリフィ氏は具体的な内容には触れず、その主張の検証は困難だが、（放射性同位元素の種類にもよるが）バッテリーの出力は1グラムあたり最大50ミリワットに達する可能性があると述べている。ベータ崩壊のみを利用するバッテリーほど長持ちはしないものの、携帯電話の電源は9年、電気自動車は90年も持つ可能性があるとゴルシャリフィ氏は説明する。
同社は現在、いくつかの異なる用途向けのプロトタイプを開発中で、8～12ヶ月で完成させる予定だ。ゴルシャリフィ氏によると、この技術が実用化されれば、わずか3年で家電製品への搭載が可能になる可能性があるという。それまでの間、私たちはこれが実現しない大胆なビジョンの一つに過ぎないのかどうかを見守るしかない。そして、毎日スマートフォンを充電し続けるしかないのだ。
アレックス・リーはWIREDのライターです。@1AlexLからツイートしています。
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
