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高エネルギー密度が期待されるリチウム-硫黄という電極の組み合わせ

10倍以上の理論容量を持つ全固体リチウム電池開発に成功

2014年08月27日 17時00分更新

文● 行正和義

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開発した全固体リチウム電池(わかりやすいように電極の一部をめくってある) 

 東北大学は8月26日、現行リチウム電池の10倍以上の理論容量が期待できる全固体リチウム-硫黄電池の開発に成功したと発表した。

 正極に硫黄、負極に金属リチウムを使用するもので、理論値では現行電池の10倍以上という大容量ゆえに期待されているが、現在のリチウムイオン電池のように電解質として有機電解液を用いると硫黄が電解液に溶出してしまう問題があった。

硫黄—炭素/LiBH4 正極層断面の(a)電解放射型走査電子顕微鏡画像、および(b)硫黄と (c)炭素の分布。硫黄—炭素複合粒子内部では両者が相互に高分散している

 東北大学原子分子材料科学高等研究機構の研究グループは、東北大学金属材料研究所および三菱ガス化学と共同研究を進め、錯体水素化合物による固体電解質の研究を進め、水素化ホウ素リチウム(LiBH4)を用いた固体電解質リチウム電池を開発した。

 この際、硫黄は絶縁体なので導電助材である炭素表面にナノスケールの構造を作り込む必要があり、硫黄-炭素複合粒子を加圧して電極-電解質の界面を形成している。開発した電池はエネルギー密度1410Whkg-1と、従来の電極素材の2~3倍以上(現在普及しているリチウムイオン充電池の3~4倍)。45回の充放電を繰り返しても顕著な性能の劣化は見られなかった。

 今回開発した電池は水素化ホウ素リチウムが高いリチウムイオン伝導性を持つ温度域である120度で動作するが、今後は室温で動作するための電解質の開発などを進めるとともに、リチウムイオンだけでなくナトリウムイオンやマグネシウムイオンを用いた伝導体の研究開発を進め、早期の実用化を目指すという。

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