三菱ケミカル社、変化のスピードに対応して電池の研究開発を実施三菱
リチウム原子は、周期表上最も軽量な原子の1つです。その特性により、他の要素と組み合わせてエネルギーを生成するのに適しています。この軽量性と大きな潜在的エネルギーの組み合わせが、21世紀における大半の電池化学で主役を務める鍵となっています。
ここで、何十年にもわたって段階的に改良されてきたリチウムイオン電池を搭載した現在の電気自動車について考えてみましょう。依然として、電気自動車のリチウムイオン・バッテリーは車両において最も重量のある部品です。重量が増えるほど、車両の潜在的な性能が制限されます。対照的に、リチウム酸素電池は、理論上まったく増分しないとされています。バッテリーが生成できるエネルギー量あたりの重量比は飛躍的に向上します。理論上リチウム酸素は、1回の充電でより長い距離を走行できる、より軽量なバッテリーに使用できます。
エネルギー密度の向上
現在のリチウムイオン電池は、以前の鉛蓄電池の比エネルギー密度が3倍です。
エネルギー密度の倍増
軽量なリチウム酸素電池は、現在のリチウムイオン電池の比エネルギー密度の5～15倍になる可能性があります。
化学業種・業務にとって、その理論を市場性のある製品に変えることで、モバイル・デバイスから自動車、想像外の新しい輸送形態に至るまで、あらゆるものにアプリケーションが可能なプロフィット・センターが今後数十年にわたって繁栄する可能性があります。このため、IBMのQuantumアルゴリズム、アプリケーションおよび理論担当シニアマネージャーであるJamie Garciaと量子化学者のチームは、日本の三菱ケミカル社の研究パートナーとのビデオ会議に多くの時間を費やしてきました。
IBM QuantuM®チームは、三菱ケミカル社のQi Gao氏と慶應義塾大学の山本直樹教授から、リチウム酸素電池の重要な化学ステップであるリチウム・スーパーオキシドの再配列の複雑なメカニズムのモデル化と研究について依頼を受けました。彼らのコラボレーションは、 Quantumコンピューター上の現実世界のアプリケーションに関連する問題をシミュレーションし、最終的には調査するための基礎を築きます。
これは、今日の最も強力なスーパーコンピューターでも効率的に実行するのは不可能な作業です。三菱ケミカル社の研究開発チームにとって、このような複雑な電気化学反応を従来型のコンピューターでモデル化することは、非常に難しいことが判明しています。三菱ケミカル社は、慶應義塾大学チームのIBMおよびIBM Q® Hubと共同で、Quantumコンピューターを使用して、分子レベルでは化学反応の内部で何が起こっているのか、正確なシミュレーションを作成する方法はこちらしています。
従来のベンチワークを行ってきた化学者のほとんどは、フラスコの中で化学がどのように起こっているのかを理解し、それを制御できるようにするために、数時間、数カ月、さらには数年を費やす場合があることを理解しています。量子コンピューティングはこれらすべてを加速すると期待されています。
三菱ケミカル社はその可能性に価値を見出しています。革新的な材料の合成における世界的リーダーである同社は、自動車、航空宇宙、医療、エネルギー生産、輸送インフラ、建設など、差し迫った課題を解決するために、より優れたツールを必要とする何十もの業種・業務にサービスを提供しています。
三菱ケミカル社が多様な業種・業務のニーズに応えるということは、当然の帰結として、広範な研究活動を行っているということです。IBM QuantuM® Networkの他の多くのメンバーと同様に、分子シミュレーションに向けた予算を割り当てており、量子コンピューティングが役立つ方法に投資しています。企業レベルでは、大陸を越えたコラボレーションにつながる可能性があります。この場合は、三菱ケミカル社、慶應義塾大学、IBMの、専門分野を超えた研究チーム間で共同作業です。
IBMのQuantumアルゴリズム、アプリケーションおよび理論担当シニア・マネージャーであるJamie Garciaは、「世界最大の未解決の問題は、何十年も前から存在している課題です」と述べています。「それは、私たちが同じツールを使用してきたからですが、実際に達成できることは停滞しつつあります。量子コンピューティングの潜在能力は、新しい解決方法をもたらします。結局のところ、それが業種・業務を変革し、業種・業務にディスラプションをもたらす新しいツールとなるでしょう。」
三菱ケミカル社、慶應義塾大学、IBM QUANTUM®の研究における三本柱は、量子コンピューティングを活用した新しいアルゴリズムによって、エネルギー源としてのリチウム酸素の可能性をより深く理解することに取り組んでいます。
Quantumのまったく新しいハードウェア環境とソフトウェア内で新しい種類のアルゴリズムを実行することで、リチウム酸素電池の放電プロセスにおける複雑な化学反応の定量的に正しい演算成果がすでに得られています。さらに、研究者は分子の基本構造を新しい観点から見ることで、新たな洞察を獲得し、一般に知られていない、または想定されていない現象を観察しようとしています。
「Quantumコンピューターを使用してこれらの反応の特定の部分を、より詳細かつ深くはこちらすると、こうした些細なアハ体験が得られます」とIBMのJamie Garciaは述べています。「こうしたQuantumシステムを化学に使用することは、多くの点で理にかなっていると言えます。新しい発見は常に起こり、すると答えるべき次の疑問が浮かび上がります。
三菱ケミカル社の使命は、サステナビリティー、ヘルス、Comfortという価値基準に基づいて革新的なソリューションをグローバルに生み出し、人々、社会、そして地球視点の豊かさを追求することです。
IBM QUANTUM® Networkは、 IBMと協力して量子コンピューティングを推進するフォーチュン500企業、教育機関、新興企業、国立研究所のコミュニティです。
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2020年3月、アメリカ合衆国で作成。
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