丸い小さなステンレス基板が、スプレーによって静かに、うっすらと金色に染まっていく。作業開始からわずか20分、あっという間に全固体リチウム電池用の負極「シリコンナノ粒子電極体」が出来上がった。
次世代電池の筆頭と言われる「全固体リチウム電池」（以下、全固体電池）。現行のリチウムイオン電池よりも安全性が高く、高出力で超急速充電も可能になるなど、飛躍的な性能アップが見込める蓄電池として期待が高まっている。

開発の鍵を握るのがシリコン（Si）を用いた電極体。Siを負極に使うことで、従来のリチウムイオン電池よりも大幅な電池容量の向上が見込めるからだ。NIMSでは、気相法という合成手法を用いて作製したSi薄膜が、全固体電池内で高い電極性能を示すことを見出してきた。

ただ、気相法は高真空、高電圧を必要とするため、製造コストがかさみ大量生産が難しい。NIMSの太田研究員は、粒子を使い、安価で生産性に優れたSi薄膜の作製手法を模索。利用する粒子のサイズや積層の仕方など、試行錯誤の末に辿り着いたのが、スプレー塗工法だ。

直径50nm（ナノメートル）のSi粒子をエタノールに分散させた液を、スプレー塗工装置にセットし、ステンレス基板の上に薄く10回ほど噴霧する。すると、粒子が一様な厚みを持ってムラなく積層した。充放電してみると、Si粒子がリチウムを取り込む過程で、隣り合う粒子が接合し、狙い通り、緻密な膜が完成。電極性能も気相法で作製したSi薄膜と同程度を達成した。
スプレーして充放電するだけという驚くほどシンプルな方法で、高い電極性能を持つSi負極を実現した太田。現在、Siナノ粒子の充填量を増やすなど、実用化に向けて更なる高容量化を目指している。

「電解液を用いるリチウムイオン電池と、固体電解質を用いる全固体電池は似て非なるもの。Siナノ粒子電極体は、全固体電池の特徴である固体電解質に接しているという環境だからこそ利用可能な構造でした。今後も、固体電解質を使う利点を最大限に生かすことを意識して材料・構造設計を行い、全固体電池の高性能化に貢献していきたい」と太田。