容量はリチウムイオン電池の15倍、超高容量の「空気電池」を開発：蓄電・発電機器（2/2 ページ）

現在主流のリチウムイオン二次電池を超える次世代電池として期待されているリチウム空気電池。物質・材料研究機構の研究チームは、リチウムイオン二次電池の15倍の容量を持つリチウム空気電池の開発に成功した。空気極にカーボンナノチューブを利用したのが特徴だ。

[陰山遼将，スマートジャパン]

CNTで容量15倍を実現

　しかし、研究チームが空気極材料として不織布状のCNTシートを用いたところ、過酸化リチウムの析出は制限されず、シートを押し広げて大量に析出し続けるという結果を得られた。CNTシートの厚さは当初の200µｍから3倍の600µｍまで膨らむなど、極めて強力な反応機構の存在が示唆されたという。

CNTシートを用いた空気極のSEM写真。左は放電後で過酸化リチウムが大量に析出、右は充電後で過酸化リチウムが分解しCNTのみ見える 出典：JST

　一方、過酸化リチウムの分解、つまりは充電を行うと、CNTシートは析出物が消えて元の厚さに戻りる。研究チームは「このような巨大な体積変化が可能なのは、CNT特有の強靭さと柔軟さの賜物である」と分析している。

　研究チームはこの成果を踏まえ、現実的なセル形状において、単位面積当たりの蓄電容量として30mAh/cm²という極めて高い容量のリチウム空気電池を開発することに成功した。空気極材料にCNTを用い、空気極の微細構造などを最適化することで実現した。これは従来のリチウムイオン電池の約15倍に相当する容量だという。

　研究チームは今回の成果について「巨大な容量の実現には、カーボンナノチューブの大きな比表面積と柔軟な構造が寄与していると考えられる。また、このような巨大容量が得られたという事実は、従来の考え方では説明が困難であり、リチウム空気電池の反応機構の議論にも一石を投ずる可能性がある」と述べている。

　今後、実用レベルの高容量リチウム空気電池システムの開発を目指す。このため、セルを積層したスタックの高エネルギー密度化を進めるとともに、空気から不純物を取り除く研究などにも取り組んでいく予定だ。