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2020年12月2日【エレクトロニクス器機】

NIMS、リチウム空気電池の早期実用化へ大きな貢献

NEXT MOBILITY編集部

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国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)は12月2日、ソフトバンクと共同で、エネルギー密度の高いリチウム空気電池のサイクル寿命が、電解液量と面積容量の比に支配されていることを明らかにした。

 

 

反応に使われる酸素に加えて、副反応に伴って生成される物質の定量的な測定法を開発し、電池反応全体での反応物、生成物の収支を精密に評価できるようになったことで、サイクル寿命の主要因の決定に成功したもの。今回の成果は、リチウム空気電池の実用化研究開発において重要な指針を与えると期待される。

 

 

リチウム空気電池は、理論エネルギー密度が現状のリチウムイオン電池の数倍に達する「究極の二次電池」であり、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。2018年に設立されたNIMS-SoftBank先端技術開発センターでは、その特性を生かして携帯電話基地局やIoT、HAPS(High Altitude Platform Station)などに向けて実用化を目指した研究を行ってきた。

 

 

その中で、特にサイクル寿命を延ばすことが重要な課題だったが、従来は電極など個別の材料の評価が中心で、実際に高エネルギー密度なリチウム空気電池を作製してサイクル寿命を評価した例は限られていた。

 

 

さらに、正極活物質として利用する酸素や副反応に伴って生成される気体など、反応に関わる物質を定量的に測定する方法が限られていたため、反応全体での反応物の収支が分からないこと、サイクル寿命に影響を与える支配因子が明らかにされていないこと、これらがリチウム空気電池の実用化研究開発を進める上での大きな壁となっていた。

 

 

 

 

 

今回、研究チームは、反応に使用する酸素や、充放電に伴って発生する気体および揮発性物質を定量的に評価する手法を新規に開発し、リチウム空気電池内部の複雑な反応を精密に評価する手法を確立。さらに、本手法をNIMS-SoftBank先端技術開発センターで開発した実用的なリチウム空気電池に対して適用することで、電池のサイクル寿命が電解液量と面積容量の比で定義されるパラメータにより支配されることを初めて明らかにした。

 

 

 

 

電解液量を一定のまま面積容量を減らすと、サイクル寿命が延びることが分かった。その一方で、面積容量が減ると電池のエネルギー密度は下がってしまうため、実用的なリチウム空気電池の開発においては、「電解液量と面積容量の比」のパラメータを意識した電池設計、材料評価が重要であることを示している。

 

 

同研究で得られた知見をふまえ、リチウム空気電池内部の副反応抑制手法を確立することで、NIMS-SoftBank先端技術開発センターでのリチウム空気電池の早期実用化につながると考えられる。

 

 

なお、今回の研究成果は、日本時間2020年12月2日以降で、RSC Advances誌にオンライン掲載される予定。

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坂上 賢治

NEXT MOBILITY&MOTOR CARS編集長。日刊自動車新聞を振り出しに自動車産業全域の取材活動を経て同社出版局へ。コンシューマー向け媒体(発行45万部)を筆頭に環境&リサイクル紙、車両ケア&整備ビジネス専門誌等の創刊誌編集長を歴任。独立後は一般誌、Web媒体上でジャーナリスト活動を重ね30年半ば。2015年より自動車情報媒体のMOTOR CARS編集長、2017年より自動車ビジネス誌×WebメディアのNEXT MOBILITY 編集長。

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1975年日刊自動車新聞社入社。編集局記者として国会担当を皮切りに自動車販売・部品産業など幅広く取材。その後、長野支局長、編集局総合デスク、自動車ビジネス誌MOBI21編集長、出版局長を経て2010年論説委員。2011年から特別編集委員。自動車産業を取り巻く経済展望、環境政策、自動運転等の次世代自動車技術を取材。2016年独立し自動車産業政策を中心に取材・執筆活動中。

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1975年日刊自動車新聞社入社。部品産業をはじめ、自動車販売など幅広く取材。また自動車リサイクル法成立時の電炉業界から解体現場までをルポ。その後、同社の広告営業、新聞販売、印刷部門を担当、2006年に中部支社長、2009年執行役員編集局長に就き、2013年から特別編集委員として輸送分野を担当。2018年春から独立、NEXT MOBILITY誌の編集顧問。

片山 雅美

日刊自動車新聞社で取材活動のスタートを切る。同紙記者を皮切りに社長室支社統括部長を経て、全石連発行の機関紙ぜんせきの取材記者としても活躍。自動車流通から交通インフラ、エネルギー分野に至る幅広い領域で実績を残す。2017年以降は、佃モビリティ総研を拠点に蓄積した取材人脈を糧に執筆活動を展開中。

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経済誌「財界」で自動車、エネルギー、化学、紙パルプ産業の専任記者を皮切りに報道分野に進出。2000年からは産業界・官界・財界での豊富な人脈を基に経済ジャーナリストとして国内外の経済誌で執筆。近年はビジネス誌、オピニオン誌、経済団体誌、Web媒体等、多様な産業を股に掛けて活動中。

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1970年日刊自動車新聞社入社。編集局記者として自動車全分野を網羅して担当。2000年出版局長として「Mobi21」誌を創刊。取締役、常務、専務主筆・編集局長、代表取締役社長を歴任。2014年に独立し、佃モビリティ総研を開設。自動車関連著書に「トヨタの野望、日産の決断」(ダイヤモンド社)など。執筆活動に加え講演活動も。

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株式会社アーサメジャープロ エグゼクティブコンサルタント。PR/危機管理コミュニケーションコンサルタント、メディアトレーナー。自動車業界他の大手企業をクライアントに持つ。日産自動車、グローバルPR会社のフライシュマン・ヒラード・ジャパン、エデルマン・ジャパンを経て、2010年にアーサメジャープロを創業。東京大学理学部卒。

福田 俊之

1952年東京生まれ。産業専門紙記者、経済誌編集長を経て、99年に独立。自動車業界を中心に取材、執筆活動中。著書に「最強トヨタの自己改革」(角川書店)、共著に「トヨタ式仕事の教科書」(プレジデント社)、「スズキパワー現場のものづくり」(講談社ピーシー)など。