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» 2021年12月24日 07時00分 公開

“究極の電池”として期待の「リチウム空気電池」、NIMSとSBが世界最高レベルの性能を達成蓄電・発電機器

物質・材料研究機構(NIMS)とソフトバンクが、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級のリチウム空気電池を開発し、室温での充放電反に成功したと発表。次世代電池として期待されるリチウム空気電池の実用化を大きく後押しする成果だという。

[スマートジャパン]

 物質・材料研究機構(NIMS)は2021年12月15日、ソフトバンクと共同で、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級のリチウム空気電池を開発し、室温での充放電反に成功したと発表した。次世代電池として期待されるリチウム空気電池の実用化を後押しする成果だという。

 リチウム空気電池は、理論重量エネルギー密度が現行のリチウムイオン電池の数倍に達するため、「究極の二次電池」として実用化が期待されている。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可能なことも、注目される理由の一つだ。

 リチウム空気電池は、正極(酸素極)、セパレータと電解液、負極(金属リチウム)を積層した構造を持つ。放電反応では、負極で金属リチウムが電解液に溶出し、正極で酸素と反応して、過酸化リチウムが析出する。この過酸化リチウムの析出量が蓄電容量となるため、正極のカーボン材料は、高空隙率・高比表面積を有する材料が望ましいとされている。また、充電反応では、放電反応とは逆で、正極の過酸化リチウムが分解し酸素を放出、負極では金属リチウムが析出する。この際に、正極・負極双方において、高い可逆性で反応が進行するような電解液材料が求められる。

 NIMSはこれまでの研究で、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多孔性カーボン電極や新たな電解液などの独自材料を開発してきた。今回これらの材料に、NIMSとソフトバンクが設立した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適用。これにより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を開発し、室温での充放電反応に「世界で初めて成功」(NIMS・ソフトバンク)した。

(a)NIMSがこれま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)開発した500Wh/kg級のリチウム空気電池の室温での充放電反応のグラフ 出典:NIMS

 研究チームの調査によると、今回開発したリチウム空気電池は、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という。今後は現在開発中の改良材料群を搭載することで、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でのリチウム空気電池の早期実用化を目指すとしている。

世界中で報告されているリチウム空気電池性能の調査結果 出典:NIMS

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