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2020年8月12日【テクノロジー】

NIMS、リチウム空気電池の実用化阻む充電電圧上昇の原因を特定

NEXT MOBILITY編集部

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物質・材料研究機構(NIMS)は、リチウム空気電池の充電電圧が、放電時に生成される過酸化リチウム(Li2O2)の「結晶性」に強く依存し、過酸化リチウムの結晶性が高いほど充電電圧も高くなることを、初めて明らかにした。

 

リチウム空気電池の実用化を阻む大きな課題となっている充電電圧の上昇に関する今回の成果は、この課題解決のための重要な指針になると云う。

物質・材料研究機構・NIMS・ロゴ

金属リチウムを負極に、正極に空気中の酸素を用いて、その化学反応によるエネルギーを取り出すリチウム空気電池は、リチウムイオン二次電池の5倍以上と、圧倒的に大きな理論エネルギー密度を有する充放電可能な電池で、ドローンやIoT機器、さらには電気自動車や家庭用蓄電システムなど、様々な機器への応用が期待されている。

 

しかし、充電電圧(過電圧)の上昇により副反応が誘発されてサイクル寿命が劣化するという大きな課題を抱えており、その原因についても、解明されていなかった。

 

今回、研究チームは、放電生成物である過酸化リチウム(Li2O2)の結晶性に着目し、結晶構造の乱れが大きい(結晶性が低い)方がより低い電圧で充電(分解)できるということを初めて明らかにした。

 

従来、過酸化リチウムの生成(放電反応)には、①カーボン電極上での反応と、②電解液を介した反応(不均化反応)の2種類の経路があることが知られているが、今回の研究によって、①によるLi2O2は3.5 V以下で充電(分解)できるのに対し、②の場合は4 V以上の電圧が必要であること、さらには①で生成されたLi2O2の方が、結晶性が低いことが判明。この結果は、充電電圧の上昇が反応経路②による高結晶性のLi2O2に由来しており、その生成を抑えることで充電電圧を下げることが出来ることを示していると云う。

 

今後、研究チームは、この成果をもとに、低結晶性の過酸化リチウム(Li2O2)を優先的に生成する手段を確立することで、リチウム空気電池のサイクル寿命の大幅増加を図り、NIMS-SoftBank先端技術開発センターにおけるリチウム空気電池の実用化研究の加速につなげていく。

 

 

< リチウム空気電池の放電過程 (Li2O2生成) の模式図>

 

 

 

なお研究は、主にJST戦略的創造研究推進事業先端的低炭素化技術開発特別重点技術領域「次世代蓄電池」(ALCA-SPRING)の一環として、NIMSエネルギー・環境材料研究拠点Arghya DUTTA (オルコ・ドット) ポスドク研究員、NIMS-SoftBank先端技術開発センター久保佳実アドバイザー(ALCA-SPRING次々世代電池チーム 金属-空気電池サブチームリーダー (2020年3月まで)) 、野村晃敬主任研究員、先端材料解析研究拠点伊藤仁彦主幹研究員らの研究チームによって行われた。

 

また研究成果は、中央ヨーロッパ時間の8月11日に、Advanced Science誌にオンライン掲載される。

 

 

[掲載論文について]

 

– 題目:

Quantitative Delineation of the Low Energy Decomposition Pathway for Lithium Peroxide in Lithium-Oxygen Battery

– 著者:Arghya Dutta, Kimihiko Ito, Akihiro Nomura and Yoshimi Kubo
– 雑誌:Advanced Science
– 掲載日時:中央ヨーロッパ時間2020年8月11日
– DOI:10.1002/advs.202001660<https://doi.org/10.1002/advs.202001660

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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。

松下次男

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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(中島南事務所/東京都文京区)1963年・愛知県生まれ。新聞、週刊誌、総合月刊誌記者(月刊文藝春秋)を経て独立。規制改革や行政システムを視点とした社会問題を取材テーマとするジャーナリスト。

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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。

熊澤啓三

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。