世界初、電池内部の見える化で爆発事故を未然に防ぐ

JStories ー スマホから電気自動車などまで、暮らしの利便性を大きく高めているリチウム電池が突然の発火や爆発を起こし、私たちにとって身近な脅威にもなりつつある。そうした事故を防ぐため、電池を壊すことなく内部の状態をチェックする、という世界初の技術が日本で生まれ、電池だけでなく医療分野にも貢献が期待されている。

電池を壊さずに内部の状態を「見える化」する世界初の技術を開発したのは、兵庫県神戸市に本社があるIntegral Geometry Science（インテグラル・ジオメトリ・サイエンス、代表取締役：木村建次郎氏） だ。

同社が開発した「蓄電池非破壊画像診断システム」は、電池を壊したり分解したりせずに蓄電池内部の電流密度分布を計測することで、出荷前に発火や爆発の危険性がある不良品を取り除くことができる。いわば、電池の“健康状態”をチェックできる技術といえる。

木村さんはもともと京都大学工学部で、半導体内部の電流を可視化する顕微鏡を研究していた。その後、神戸大学大学院に講師として着任した際に、村田製作所から「コンデンサーの中で電気の漏れ（リーク）を調べられないか」と相談を受けたことが、この開発のきっかけになったという。

「半導体はきれいな結晶構造なので電流の流れがはっきり見える、電池はアモルファスという不規則な構造をしていて、電気がどこを通っているのか分かりづらい。だから内部を透かして見る技術が必要だった」と木村さんは語る。

しかし、電池は金属で覆われ内部には電解液が入っているため、光やX線、MRIでは中を観察できない。そこで木村さんが目をつけたのは「電気が流れると磁場が生まれる」という物理現象だった。「電気の流れを直接見ることはできないが、その回りにできる磁力線を測れば、電流がどこを通っているのか逆算できる」という発想だ。

木村さんは、磁場の分布を超高感度センサーで測定し、そこから電流の流れを数式で逆算して再現する手法（磁場分布の逆問題解析）を生み出した。電池内部の電流がどこに集中しているかを画像として可視化することにも成功した。

リチウムイオン電池は、どんなに製造工程を工夫しても、材料や構造の特性上、完全に欠陥をゼロにすることが難しく、わずかな確率で「ショートしやすい電池」が混じってしまうことは避けられない。木村さんは「事故を起こさない電池を完璧に作ることよりも、たまたまできてしまった危険な電池を確実に見つけて取り除くことのほうが本質的に重要だ」と話す。

従来の検査は、電池を数日間放置して電圧の下がり方を調べる「エージング試験」が主流だった。だが、この方法では電流が広範囲にゆるく漏れているのか、一点に集中しているのかが分からない。後者の場合、衝撃などで簡単にショートして発火する恐れがある。

新システムでは、電池を切ったり壊したりせずに、磁場のデータから内部の状態をリアルタイムで可視化できる。その結果、従来では判別できなかった電池を出荷前に見分けられるようになった。つまり、非破壊で全数検査が可能になったというわけだ。

この「電流と磁場の逆問題」を理論的に解くことは、長年不可能とされてきた。木村さんは約10年をかけて、数学のモデルを組み立てながら、それを支える超高感度センサーを自ら開発。「理論」と「実験装置」という異なる領域を同時に磨き上げた。

この長い挑戦を支えたのは、京都大学ファンドをはじめ、官民あわせておよそ100億円に上る投資だったという。「税金による研究支援も受けたということは、日本国民がこの研究に価値を感じてくれたということ。責任を感じながら、一つひとつ形にしてきました」と木村さんは話す。

この装置の導入によって、製造ライン上で全ての電池を安全に検査できるようになる。もし電池の爆発を防げれば、企業にとっても数千億円規模のリコールを回避でき、社会全体の安心にもつながる。「安全な電池が普及すれば、もっとパワーのある電池が作れるようになり、空飛ぶクルマや長持ちスマホの実現も早まるでしょう」。

木村さんの技術は電池だけにとどまらない。世界初の計算理論で磁場を解析する技術は、乳がんの検査にも応用できる。これまでのマンモグラフィーでは、特に乳腺が発達している人の場合、画像が白く写ってしまい、がんの影が見えにくいという課題があった。IGS社が開発したマイクロ波マンモグラフィーでは、そのようなケースでも乳房内の内部の様子がはっきり映り、がんの早期発見や検査精度の向上に大きく貢献している。

この装置の大きな特徴は「検査」と「手術」の姿勢が同じであること。従来のマンモグラフィーは立ったまま胸を挟んで撮影するが、手術は仰向けで行われるため、実際にがんがどこにあるのか正確に把握しづらかった。新装置では、患者が仰向けのまま検査できるため、得られた画像をそのまま手術に生かせる。画像に表示されたマーカーががんの位置と一致するため、外科医からは「見えた場所をそのまま切除できる。取り残しがなく、非常に正確だ」と高く評価されている。

さらに心筋梗塞、脳卒中などの早期診断にも役立つという。被ばくのない検査が可能なため、妊婦や若年層にも安全だと医療現場から期待が寄せられている。

そのほか、霧や雨の中でも前方を正確に認識できる自動運転技術や、地面の下に埋まった地雷、拳銃などを感知する防犯システムなど、幅広い社会応用が見込まれている。木村さんは「数学という一見抽象的な世界から、社会をより安全で快適にできる技術が生まれる。そんな橋渡しができることにやりがいを感じている」と意気込む。

2024年に出展した「BATTERY JAPAN 二次電池展」では、国内外から約400社がブースを訪れ、問い合わせの半分以上が中国や韓国の電池メーカーからだったという。今後は、世界に流通する電池の10％をこの検査技術でチェックすることを目指している。また、医療分野では世界1億人規模の乳がん検診ネットワークを構築する計画も進行中だ。現在の時価総額約400億規模から、2025年から2027年にかけて1,000億円、さらには1兆円規模へと拡大し、安定した営業利益を生み出すことを目指している。

「電池も医療も、どちらも命を守る技術。見えなかったものを見えるようにすることで、社会を少しでも安全にしたいですね」と木村さんは期待を込める。世界初の「蓄電池非破壊画像診断システム」は、電池の爆発を防ぐだけでなく、医療や防犯、モビリティの未来をも変えていく。

記事：石井広子　

編集：北松克朗

トップ写真：Envato 提供

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