電池の廃棄量削減を実現、スーパーキャパシタ搭載バッテリーフリーソリューション

最近、バッテリーに関する話題が多くなっていますが、その中でも特に電気自動車（EV）の普及に伴い、リチウムイオン電池に注目が集まっています。リチウムイオン電池は、ガソリンや石油などの化石燃料に代わるエネルギーとして、近年需要が高まっています。2021年に世界経済フォーラムは、リチウムイオン電池の需要が2030年までに17倍になると予測しました。¹

今日、研究者たちはEVがより長い距離を走行できるように、バッテリーのエネルギー密度を高めるためバッテリーの生産と組成の分野でイノベーションを続けています。

バッテリーにはさまざまな種類がありますが、下記は一般的に使用されているバッテリーの例です。

• リチウムイオン電池：EVに加えて、リチウムイオン電池はスマートフォン、ドローン、工具、玩具、スキャナなどに使用されています。
• アルカリ電池:これらの乾電池は、時計、ゲーム、煙探知機、懐中電灯など身近なものに使用されており、最も一般的に使用されている電池です。使用期限は5年以上と長持ちで、パワーがあり、単三電池はアルカリ電池の最も一般的なタイプです。
• マンガン電池:アルカリ電池と同様に、これらの乾電池も汎用性であり、リモコンやサーモスタットなどに使用されています。マンガン電池は、使用期限が短く、リサイクルできません。
• ボタン電池:これらの使い捨てバッテリーは円盤状で、補聴器、時計、電卓、カメラなどの機器に使用されています。ボタン電池はアルカリ、リチウム、および/または酸化銀で出来ています。
• •密閉型鉛蓄電池：10年以上持続するように設計された鉛蓄電池は、オートバイ、車椅子、スクーター、ボートなどに使用されています。

バッテリーの利点とは裏腹に、環境にはデメリットも

米国では、使用済みバッテリーは埋め立て処理をされることが多く、年間26億個ものバッテリーがゴミとして捨てられていると言われています²。つまり、米国では1人当たり平均で年間8本の乾電池（アルカリ乾電池など）を廃棄していることになるのです³。これらのバッテリーが、基準を満たしていない埋立地に廃棄されると、有害物質が漏出し、地下水を汚染する可能性があります⁴。また、リチウムイオン電池は、熱暴走の可能性があるため、埋立地の火災を引き起こす可能性もあります。

バッテリーの中にはリサイクル可能なものもありますが、多くの人はバッテリーの正しい廃棄方法を知りません。例えば、使用済みのリチウムイオン電池の75％～92％が適切に処分されていないという調査結果もあります⁵。

さらに、バッテリーの中には、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、グラファイト、スチール、亜鉛、カリウムなどの物質を含むものがあります。世界中で電化のニーズが高まり、バッテリー需要が高まるにつれ、これらの資源を入手するためのサプライチェーンに圧力がかかる可能性があります⁶。

バッテリーフリーソリューション

ヘルスケア、小売、輸送、公共事業などで使用される機器には、バッテリーを使わない機器を使用する選択肢があります。スーパーキャパシタは、バッテリーのように化学反応によって電荷を蓄えるのではなく、導電性物質の表面に静電的にエネルギーを蓄えます。スーパーキャパシタは、電解液の中に浮遊する2枚のプレートで構成されており、蓄えられるエネルギー量は、プレートの大きさに依存します。スーパーキャパシタは、小型家電や携帯型電子機器、さらには一部のハイブリッド車にも使用することができます。バッテリーの需要と同様に、スーパーキャパシタの需要も大きく伸びることが予想されています。2017年から2027年の間に、年間複合成長率は13.2％と予測されています⁷。
スーパーキャパシタを搭載したハンディスキャナの場合、数分間の充電でフル充電が可能にし、フル充電の状態で数十回以上のスキャン作業を行うことができます。（注：スキャン作業数は、製品や、スキャン間隔に依存します）このため、デバイスが頻繁に使用されるが、長時間充電器から離れる必要がない場合（例えば、小売店のPOSや、臨床医が薬のラベルや患者のリストバンドをスキャンする必要がある医療現場など）に最適です。

機器の寿命を長くし、電池の廃棄量削減を実現

スーパーキャパシタは、電池や電池交換の手間がかからないだけでなく、機器の長寿命化も実現します。スーパーキャパシタは、少なくとも50万回の放電/再充電サイクルに対応することが示されており、1日あたり160サイクルの充電を行った場合、スーパーキャパシタを使用したスキャナは少なくとも3,125日使用することができます。これは8年以上の使用に相当し、リチウムイオン電池で駆動する機器の6倍以上の寿命に相当します。機器の寿命が延び、交換の回数が減れば、環境にとっても、機器を使用する組織にとってもメリットがあります。   

ハネウェルのXenon XP 1952やVoyager 1202など、バッテリーフリーソリューションについては、お気軽にお問い合わせください。

Sources:

1 and 6 - www.weforum.org/agenda/2021/09/batteries-lithium-ion-energy-storage-circular-economy/

2 - www.cirbasolutions.com/learning-center/recycling-benefits/#:~:text=It%20is%20estimated%20that%203,population%20of%20323%20million%20people.

3 - https://guides.library.illinois.edu/battery-recycling

4 – www.des.nh.gov/sites/g/files/ehbemt341/files/documents/2020-01/hw-23.pdf

5 - https://rethinkwaste.org/wp-content/uploads/legacy_media/7-a-attachment-d-lithium-based-battery-assessment-2017.original.pdf

7 - www.mordorintelligence.com/industry-reports/supercapacitors-market

Others used: www.homedepot.com/c/ab/types-of-batteries/9ba683603be9fa5395fab90ca66daf9

https://study.com/academy/lesson/alkaline-battery-overview-chemicals.html

www.bbc.com/news/business-56574779