世界最高レベルのエネルギー密度のリチウム空気電池を開発 ソフトバンクなど

物質・材料研究機構 (NIMS)、科学技術振興機構 (JST)、ソフトバンクの3者は15日、現行のリチウムイオン電池の重量エネルギー密度を大きく上回る500Wh/kg級リチウム空気電池を開発し、室温での充放電反応を実現したと発表した。開発された電池はエネルギー密度とサイクル数の観点で、世界最高レベルを示した。

従来のリチウムイオン電池では正・負極の反応物質が電池内に蓄えられているのに対して、リチウム空気電池の正極の反応物質は空気中の酸素で、電池内に常に取り込まれるという構造だ。そのため、電池の大部分を負極のリチウムを主とする金属が占めている。セパレータや電解液といった電池反応に直接関与しない材料が不要なために、重量当たりのエネルギー密度が非常に高い。また、リチウム空気電池は充電することで繰り返し使用できる二次電池であり、長時間の放電が可能となる特徴がある。軽くて容量が大きいことから、ドローンや電気自動車、家庭用蓄電システムまで幅広い分野への応用が期待されている。

研究チームは、リチウム空気電池の持つ高いポテンシャルを最大限に引き出すことができる独自材料を開発してきた。多孔性カーボン電極やレドックスメディエーター含有の電解液などがある。後者は自身の酸化還元(レドックス)反応によって、電極のリチウムの酸化還元を促進する働きをする。さらに、NIMS-SoftBank 先端技術開発センターで開発した電解液注液技術や電極積層技術などの高エネルギー密度リチウム空気電池セル作製技術を、これら材料群に適用した。その結果、現行のリチウムイオン電池のエネルギー密度を大きく上回る 500Wh/kg 級リチウム空気電池の室温での充放電反応を世界で初めて実現した。

さらに世界中で報告されているリチウム空気電池の性能を網羅的に評価したところ、今回開発した電池がエネルギー密度ならびに、サイクル数の観点で世界最高レベルであることが明らかとなった。サイクル数は充電から放電までを1サイクルとして、何回このサイクルが可能なのかで表した電池の寿命だ。

この研究はリチウム空気電池の実用化研究開発における大きな一歩であり、さらに改良を加えることでサイクル寿命の大幅増加を図って、リチウム空気電池の早期実用化につなげるとしている。

(a)ALCA-SPRINGでの研究により開発したリチウム空気電池用独自材料、(b)NIMS-SoftBank先端技術開発センターで開発したセル作製技術、(c)500Wh/kg級のリチウム空気電池の室温での充放電反応を本研究で初めて実験的に確認

画像提供:NIMS(冒頭の写真はイメージ)

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