空気中の湿度変化を利用して発電する新電池を開発―mA（ミリアンペア）レベルの電流を取り出すことに成功：産業技術総合研究所
(2021年6月2日発表)
（国）産業技術総合研究所は6月2日、空気中の湿度変化を利用して発電する「湿度変動電池」を開発し、mA（ミリアンペア）レベルの電流を取り出すことに成功したと発表した。空気にさらしておくと昼と夜の湿度差で発電することができ、IoT機器などの極低電力電源として応用が期待されるという。
化合物が空気中の水分を吸収して水溶液になる性質を潮解性（ちょうかいせい）という。水酸化ナトリウムや塩化カルシウムなどは身近な例。研究グループは今回、潮解性を持つ物質の吸湿作用と塩分濃度差発電技術とを組み合わせ、湿度変動で動作する新しい原理の湿度変動電池を開発した。
新電池は、大気に開放された開放槽と密閉された閉鎖槽からなり、イオン交換膜で隔てられた2つの槽には潮解性物質のリチウム塩と水からなる電解液が封入されている。
この電池が低湿度環境にさらされると、開放槽から水分が蒸発し、濃度が上昇する。閉鎖槽は密閉されているので濃度変化は生じない。これによって開放槽と閉鎖槽間で濃度差が生じ、電極間に電圧が発生する仕組み。
電池が高湿度環境にさらされた場合は、逆に開放槽内の水溶液が空気中の水分を吸収して濃度が減少、前者とは逆向きの濃度差が発生し、逆向きの電圧が生じる。理論的には半永久的に湿度の変動から電気エネルギーを取り出すことができる。
温湿度を制御できる槽内で、2時間ごとに湿度30％と90％を繰り返したところ、湿度30％の時に22～25mV（ミリボルト）程度、湿度90％の時には－17mV程度の電圧が発生、電圧が最大になっているときの出力は30μW（マイクロワット）が得られた。短絡電流は5mAで、1mA以上の電流を1時間以上継続して取り出せた。
湿度を用いた発電技術でこれほど大きな電流を長時間出力した報告例はこれまでなく、開発した新電池には非常に高い電流供給能力があることが認められたという。10μW以下で動くモーターを作り、湿度を20～30％に保って電池の電圧が一定になったところでこのモーターを駆動させたところ、モーターは2時間以上回転した。
今後、出力や耐久性などをいっそう向上させ、環境中の微少なエネルギーを活用する新技術として実用化を目指したいとしている。
