回収困難なセンサはどうすればよいか？土壌・生物へ悪影響を与えない土に還る電池（ツチニカエルでんち®）を作製

日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：鵜浦博夫、以下 NTT）は、これまで通信インフラを支えてきた蓄電池に関する技術や知見を活かし、無害でレアメタルフリーな低環境負荷な電池として、電池部材が肥料成分から構成された、土壌や生物へ悪影響を与えない電池（土に還る電池：ツチニカエルでんち®）を作製し、電池動作を確認しました。
　今後、本電池を活用した、無害でレアメタルフリーな低環境負荷なセンサの実現を目指し、土壌水分センサや、生態系、土壌などの環境モニタリング、洪水、汚染、気象などに関するイベント検出など、自然との共生親和性が求められる分野での新しいビジネスの創出が期待されます。

1．研究の背景

　「1兆個のセンサが社会革命を起こすトリリオンセンサ時代が到来した時、あらゆる場所にあるセンサは全て回収できるのだろうか？」
　IoTの発展に伴い、様々なセンサがばら撒かれると予想されていますが、センサや電池の交換・回収に関して十分な議論は行われていません。今後、センサが普及すると、"回収⇒再利用"というエコシステムが破綻する危険があり、そのような状況下では、回収が難しいセンサ・電池は、そのまま放置され、土壌や生物などへ大きな影響を及ぼす可能性があります。NTTは、このような課題を解決する要素技術として、回収困難な場合も土壌や生物へ影響を与えない土に還る電池（ツチニカエルでんち®）を発想し、研究開発を行ってきました。（図1）

図1　回収困難なセンサと、その解決イメージ

2．研究の成果

　これまでの電池は、電子機器の普及に伴い、長持ち・高出力な性能が求められていることから、発火等への安全を前提に、高価なレアメタルや有害物質が使用されています。そのため、これらの電池を土壌に放置すると、本来土壌に含まれていない成分もあるので、土壌や生物に対して影響を与える可能性があります。
　今回、新たに低環境負荷（無害・レアメタルフリー）な材料のみで構成された電池を提案しました。低環境負荷な材料には、土壌・生物等への悪影響を与えず土壌に還る「肥料成分」「生物由来材料」から選定しています。（図2）

図2　ツチニカエルでんち®と従来電池の構成材料

　また、電池の電極は、空気中の酸素が拡散できる3次元の導電性多孔体構造が必要です。従来の電極は、結着材により粉末状カーボンを固形化し構造を形成していますが、結着剤はフッ素系樹脂等であり、燃焼時には有害ガスの発生、また土壌等に含まれていないため、低環境負荷な材料とは言えません。そのため、無害な結着材か、結着材フリーな電極が望ましく、今回、生物由来材料に前処理を施すことで多孔体構造を有するカーボン化に成功し、結着剤自体が無いカーボン電極を実現しました。（図3）

図3　ツチニカエルでんち®と従来電池のカーボン電極

　本電池の動作確認をしたところ、測定電流1.9mA/cm2において電池電圧1.1Vの電池性能が実現できました。（図4）また、本電池を数個直列につなぎ、市販BLE（Bluetooth Low Energy）の温度センサモジュールに接続したところ、センサモジュールからの信号を受信し、電池動作することを確認しています。

図4　ツチニカエルでんち®の電池性能

　また、電池が植物に与える影響を確認するために、肥料検定法に基づく植害試験（使用済み電池を粉砕し，土壌に混合。小松菜の発芽状態で評価）を行いました。その結果、本電池は、従来電池（A電池）と異なり植物の成長に悪影響を与えないことを確認し、「土に還ること」というコンセプトを実現することができました。（図5）

図5 植物の成長への影響

3．今後の展開

　今後、電池の性能向上を進めるとともに、NTTの強みである半導体技術を活用し、「土に還るセンサ・回路」を実現し、ばら撒き型センササービスの提供を図り、IoT社会の発展に貢献していきます。

^※本成果は、2018年2月22日～23日開催の「NTT R&Dフォーラム2018」にてご覧いただけます。また、R&Dフォーラム展示会場よりニコニコ生放送で配信します。

【放送日時】	2018年2月22日（木）午後7時～午後8時（予定）
【チャンネル名】	NTT R&Dチャンネル（URL http://ch.nicovideo.jp/ntt-RD)