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2026.06.30

亜鉛負極電池はLIBの代替になる？特徴・課題・実用化動向を解説

亜鉛負極電池の技術：ポストリチウムイオン電池の本命となるか

世界的なカーボンニュートラルの潮流の中で、蓄電池の需要はかつてないほど高まっています。長らく市場を牽引してきたリチウムイオン電池（LIB）は、高いエネルギー密度を誇る一方で、資源の希少性、コスト、そして発火リスクという課題を抱えています。こうした中、定置型蓄電池やバックアップ電源向けの選択肢として、「亜鉛系電池」が改めて注目を集めています。
亜鉛は資源的に豊富で比較的安価であり、水系電解液を使用できる電池系では、発火・熱暴走リスクを抑えやすいという特徴があります。

本記事では、亜鉛負極電池の基本構成、特徴、技術課題、量産化動向を整理し、将来の蓄電池市場における役割を考察します。

１．亜鉛負極電池とは
２．亜鉛負極電池の構成
- （1）基本的な構造（他の電池との共通点と相違点）
- （2）亜鉛負極電池固有の要素・材料
３．亜鉛負極電池の特徴
４．亜鉛負極電池の課題と必要なブレイクスルー技術
５．亜鉛負極電池の量産化の現状と動向
- （1）日本国内の動向
- （2）海外の動向
６．まとめ

１．亜鉛負極電池とは

「亜鉛負極電池」とは、負極側で亜鉛の酸化・還元反応を利用する電池の総称です。放電時には亜鉛が酸化され、充電時には亜鉛種が再び金属亜鉛として析出する反応を利用するものが多く、本記事ではとくに再充電可能な亜鉛系二次電池を中心に扱います。歴史的には、亜鉛を負極に用いるマンガン乾電池やアルカリ乾電池として広く利用されてきましたが、近年注目されているのは、二次電池（充電可能）としての技術です。（図1）

【図1　電池の種類】

亜鉛負極電池の主な種類には、ニッケル亜鉛電池（Ni-Zn）、亜鉛空気電池（Zn-Air）、そして次世代型として研究開発が活発な亜鉛イオン電池（ZIB）があります。（図2）

【図2　亜鉛負極電池】

このように、亜鉛系電池にはすでに実用化されているものから、研究・実証段階のものまで幅があります。
本記事では、このうち定置型蓄電池として期待される二次電池型の亜鉛系電池を中心に取り上げます。

これらの電池は、リチウムやコバルトなどの偏在資源への依存を抑え、亜鉛を活用することで、資源調達リスクの低減とコスト競争力の両立を目指しています。特に定置型蓄電池では、重量エネルギー密度よりも、安全性、コスト、寿命、保守性などが重視されるため、亜鉛系電池の特長を生かしやすいと考えられます。
亜鉛空気電池（Zn-Air）は、一次電池（使い切り）としての利用が主流ですが、近年は二次電池化の研究も進められています。ただし、空気極触媒の耐久性、充放電効率、亜鉛負極の形態変化など、実用化にはなお課題があります。

２．亜鉛負極電池の構成

亜鉛負極電池の基本構成を、LIBと比較して図3に示します。

【図3　基本構成比較】

（1）基本的な構造（他の電池との共通点と相違点）

亜鉛負極電池は、正極、負極、電解液、セパレータを基本構成要素とします。

共通点：電解液中のイオン移動と電極反応によって充放電が進む点はLIBと共通しています。ただし、亜鉛系電池では亜鉛の析出・溶解、空気極反応、ハロゲン反応など、電池種によって反応機構が大きく異なります。
相違点：大きな差異は、電解液と負極反応にあります。LIBでは、主にリチウムイオンが正負極材料の結晶構造中に出入りするインターカレーション反応を利用します。一方、亜鉛負極電池では、亜鉛の析出・溶解や、電池種によっては空気極反応、ハロゲン反応などを伴うため、反応機構や劣化要因が大きく異なります。

（2）亜鉛負極電池固有の要素・材料

負極：金属亜鉛そのもの、または亜鉛合金が用いられます。最近では、後述する「デンドライト」抑制のために、表面コーティング、合金化、3次元集電体、界面保護層、結晶配向制御などにより、亜鉛の均一な析出・溶解を促す研究が進んでいます。
正極：種類により異なりますが、亜鉛イオン電池ではマンガン酸化物、バナジウム酸化物、プルシアンブルー類似体（PBA）、有機系材料などが検討されています。亜鉛空気電池では、酸素還元・酸素発生反応を担う空気極触媒が重要になります。
電解液：電解液は電池種によって異なり、ZIBでは硫酸亜鉛（ZnSO₄）系、塩化亜鉛（ZnCl₂）系、トリフラート系などが検討されます。Ni-Znではアルカリ性電解液、Zn-Airでもアルカリ性または中性系などが用いられます。近年は、水の電気分解や副反応を抑えるため、高濃度電解液、ゲル電解液、ポリマー電解液、添加剤などの研究開発が進んでいます。

３．亜鉛負極電池の特徴

（1）従来型リチウムイオン電池（有機電解液系LIB）との比較

亜鉛負極電池の特徴を、従来のリチウムイオン電池（有機電解液系LIB）と比較して表1に示します。

【表1　従来型リチウムイオン電池（有機電解液系LIB）との比較】

項目	有機電解液系LIB	亜鉛系二次電池
安全性	発火リスクあり（要厳重管理）	比較的高い（水系電解液を用いる場合、不燃性で発火・熱暴走リスクを抑えやすい）
使用資源とリスク	リチウム、ニッケル、コバルトなど（材料系により異なる）	亜鉛（豊富、資源制約が小さい）
エネルギー密度	高い。セルレベルでは200～300 Wh/kg級、システムレベルではこれより低い	中程度。電池種・セル設計により大きく異なるため例：数十～150 Wh/kg程度
コスト	上昇傾向または高止まり	低コスト化が期待される。ただし量産規模・寿命・システム設計を含めた実コストは技術方式により異なる

（2）他のポストリチウムイオン電池との比較

他の次世代電池との位置づけを比較すると、以下のようになります。

半固体電池・全固体電池：
多くはリチウム系電池の延長・発展形として位置づけられ、安全性とエネルギー密度の両立を目指す「性能重視」の電池です。これに対し、亜鉛負極電池は、エネルギー密度では劣る場合が多いものの、「安価で安全性を確保しやすい」という経済性・安全性重視の立ち位置です。
多価イオン電池・アニオン系電池：
マグネシウム、カルシウム、アルミニウムなどの多価イオン電池や、フッ化物イオン電池（FIB）などは、理論エネルギー密度や資源面で注目されています。一方で、電解質、電極材料、界面安定性、作動温度などの課題が大きく、実用化にはなお時間を要すると考えられます。

（3）他のタイプの電池との棲み分けの可能性

亜鉛負極電池は、その特性から「動かない用途」、すなわち定置型蓄電池やバックアップ電源での活用が期待されています。一部のNi-Zn電池や定置型亜鉛電池では、すでに商用展開も進んでいます。

データセンターのバックアップ電源（UPS）：
安全性と高出力応答が重視される屋内設置用途において、鉛蓄電池や一部LIBの代替候補として導入・検討が進んでいます。
電力系統用蓄電池（ESS）：
再生可能エネルギーの調整用として、コスト、安全性、長時間放電が重視される用途で有望です。ただし、往復効率、サイクル寿命、メンテナンス性、設置面積などを含めたシステム評価が必要です。

一方、電気自動車（EV）など、高いエネルギー密度、軽量性、急速充電性能が求められる用途には引き続きLIBや全固体電池が、定置型には亜鉛電池やナトリウムイオン電池が選ばれるというように、用途ごとに「適材適所」の棲み分けが進むと考えられます。

４．亜鉛負極電池の課題と必要なブレイクスルー技術

二次電池としての亜鉛負極電池の普及に向けた主要な課題は、亜鉛デンドライトの発生に加え、水素発生反応、亜鉛負極の腐食・不動態化、形状変化、正極材料の溶解、電解液の消費などです。

亜鉛デンドライトは、充電時に亜鉛が針状・樹枝状に析出する現象であり、進行するとセパレータを貫通して内部短絡を引き起こす恐れがあります。また、水系電解液では水素発生反応が併発しやすく、クーロン効率の低下、ガス発生、負極腐食の原因となります。

さらに、充放電を繰り返す中で亜鉛負極の形状変化や不動態化が進むと、反応面積やイオン移動が不均一になり、容量低下や寿命低下につながります。したがって、亜鉛負極電池の実用化には、負極界面、電解液、セパレータ、正極材料を一体で最適化する設計が重要になります。

図4に亜鉛負極電池の課題を、図5に解決のためのブレイクスルー技術をまとめます。

【図4　亜鉛負極電池の課題】

【図5　亜鉛負極電池のブレイクスルー技術】

５．亜鉛負極電池の量産化の現状と動向

（1）日本国内の動向

日本では、FDK（株）がニッケル亜鉛電池の開発を進めています。同社は、鉛蓄電池と類似の充電方式を適用でき、鉛蓄電池から比較的容易に置き換えられる点を特徴として示しており、鉛蓄電池代替を念頭にサンプル出荷拡大など実用化に向けた取り組みを進めています^*1)。

また、シャープ（株）は、豪州のESI Asia Pacificとフロー型亜鉛空気電池の開発連携に関する覚書を締結し、大規模蓄電向けの技術開発を進めています。同社は、豊富で安価な亜鉛を用いた低コスト・大容量の蓄電池として、再生可能エネルギーの大容量貯蔵への応用を想定しています^*2)。

国内外の電池メーカー、電子部品メーカー、大学・研究機関でも、水系亜鉛系電池の研究開発が進められています。大学・研究機関発の技術を基盤とするスタートアップによる実証・商用化準備も進みつつあります。ただし、量産実績や導入規模は企業・方式ごとに大きく異なります。

（2）海外の動向

海外では、Eos Energy Enterprisesは、Znyth™技術と呼ばれる水系亜鉛電池技術を用いた定置型蓄電システムを展開しており、生産能力の拡大を進めています。

また、ZincFiveは、データセンター向けUPS用途でNi-Zn電池を展開する代表的企業の一つです。

中国でも水系亜鉛電池の研究開発や実証は活発に進められています。ただし、商用投入の規模や導入実績は企業・方式ごとの差が大きく、量産化の進展については個別企業の発表や実証案件を慎重に確認する必要があります。

６．まとめ

亜鉛系電池は、一次電池としてはすでに広く普及しており、二次電池としてもNi-Znや一部の定置型亜鉛電池で商用化が進んでいます。一方、ZIBや二次Zn-Airなどは、研究開発・実証から商用化へ向かう段階にあります。エネルギー密度ではリチウムイオン電池に譲るものの、「不燃性電解液を用いやすい」「材料コストを抑えやすい」「資源制約が比較的小さい」という利点は、エネルギーインフラ向け蓄電池に求められる重要な要素です。

今後、デンドライト抑制、水素発生反応の低減、腐食・不動態化の抑制、正極材料の安定化、電解液・セパレータ設計の高度化などが進み、サイクル寿命、往復効率、量産時の品質ばらつきが改善されれば、亜鉛系電池は定置型蓄電池市場において、LFP、ナトリウムイオン電池、鉄系フロー電池、鉛蓄電池などと並ぶ有力な選択肢の一つになる可能性があります。

亜鉛系電池は、リチウムイオン電池を一気に置き換える万能な次世代電池ではありません。しかし、安全性、資源調達、コストの観点から、定置型蓄電池やバックアップ電源などの領域では、今後ますます存在感を高めていくと考えられます。ポストリチウムイオン電池の時代は、単一の技術が主役となるのではなく、用途に応じて複数の電池技術が使い分けられる時代です。その中で亜鉛系電池は、安全性とコストの両立が求められる蓄電用途を支える現実的な選択肢として、重要な役割を担っていくと考えられます。

（日本アイアール株式会社　特許調査部　H・N）

《引用文献、参考文献》