現在のリチウムイオン電池は、倫理面と環境面で問題を抱えている可能性がある。
リチウムイオン電池のリサイクルはごく一部にとどまっており、その製造に必要なコバルトは、一部のケースで児童労働によって採掘されている。
『Nature』に掲載された新たな研究は、ポリペプチド有機ラジカル構造を用いた新しい電池技術プラットフォームを提示している。
科学者たちは、この完全に金属を使わない電池の開発に取り組んでおり、持続可能でリサイクル可能なモデルに向けて大きな前進となっている。
新たな金属フリー電池プラットフォームは、需要に応じて分解される、より持続可能でリサイクル可能な電池につながる可能性がある。
リチウムイオン（Li-ion）電池の登場は技術全体に革命をもたらし、ほぼすべての分野における消費財の大きな進歩につながった。
技術の利用しやすさは概して良いことではあるが、その急速な普及は、リチウムイオン電池の利用をめぐるいくつかの重要な倫理的・環境的問題を直接もたらしてきた。
現在のリチウムイオン電池は大量のコバルトを使用しており、そのコバルトは、危険な労働環境の中で児童労働によって採掘されていることが、国際的に十分に記録された複数の事例で明らかになっている。さらに、リサイクルされるリチウムイオン電池の割合は極めて低く、コバルトやその他の戦略的元素の需要を増大させている。
『Nature』に掲載された新たな研究は、電池製造をコバルトから遠ざけることにつながりうる方法を記述している。論文では、研究者らが完全に金属を使わない新しい電池技術プラットフォームの概要を示している。この新しい電池技術プラットフォームは、ポリペプチド有機ラジカル構造を用いている。
「リチウムを使わず、タンパク質の構成要素であるこれらのポリペプチドを用いることで、貴金属の採掘を不要にするだけでなく、ウェアラブルや埋め込み型電子機器に電力を供給する機会を開くとともに、新しい電池を容易にリサイクルできるようになります」と、テキサスA&M大学化学科教授のカレン・ウーリー氏は述べている。「［ポリペプチド電池は］分解可能で、リサイクル可能で、非毒性であり、あらゆる面でより安全です。」
耐酸性条件下で需要に応じて分解できる、酸化還元活性なアミノ酸高分子から構成される全ポリペプチド有機ラジカル電池は、リサイクル性の問題も解決する。新しい電池プラットフォームの構成要素は、酸性条件下で分解してアミノ酸やその他の構成単位、分解生成物を生成できる。これは本研究における主要なブレークスルーの一つであり、共著者で化学工学科教授のジョディ・ルトケンハウス氏はそう述べている。
「現在のリチウムイオン電池の大きな問題は、リチウムイオン電池が、将来の電動化された交通経済に必要とされる水準までリサイクルされていないことです」とルトケンハウス氏は語る。「現在のリチウムイオン電池のリサイクル率は一桁台にとどまっています。リチウムイオン電池には価値のある素材が含まれていますが、回収には非常に困難で、多くのエネルギーを要します。」
需要に応じて分解される、酸化還元活性なアミノ酸高分子から構成される、金属を使わない全ポリペプチド有機ラジカル電池の開発は、戦略的金属への依存を最小限に抑える、持続可能でリサイクル可能な電池に向けた大きな前進である。
次のステップとして、ウーリー氏とルトケンハウス氏は、化学科助教授のダニエル・テイバー氏と共同で、電池プラットフォームの材料と構造を最適化するために機械学習の活用を目指す、2020年テキサスA&M大学 Triads for Transformation（T3）助成金を通じた取り組みを開始した。
材料科学・工学科の博士課程学生であるアレクサンドラ・イーズリー氏と、化学科の元博士課程学生で現在はミシガン大学に在籍するタン・グエン氏が、本研究の筆頭著者である。
米国国立科学財団、ウェルチ財団、および米国エネルギー省科学局が本研究に資金を提供した。
