産総研、金属有機構造体をセパレータに用いた新型リチウム硫黄電池を開発 電池寿命を改善

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産業技術総合研究所は2016年6月28日、筑波大学と共同で、金属有機構造体を電池のセパレータに用いることで安定な充放電サイクル特性を持つリチウム硫黄電池を開発したと発表した。

リチウム硫黄電池は、高い正極容量を示すために次世代蓄電池として期待されている。しかし、放電反応の中間生成物であるリチウム多硫化物が電解液に容易に溶出し、充放電サイクルが進むにつれて、溶出した多硫化物イオンは正極と負極の間での酸化還元反応を引き起こす。その反応が繰り返されることにより、容量が劣化するという課題があった。

今回開発されたリチウム硫黄電池では、気体分子の吸着や分離に多く使われている金属有機構造体を、イオン種を分別できる「イオンふるい」としてセパレータに利用した。その結果、溶出した多硫化物イオンの負極側への移動が防がれ、充放電サイクルが長時間にわたり安定。電流密度1Cでの1500回のサイクル試験後も、900mAh/gという高い充電容量を維持したという。

今回セパレータとして用いられたのは、多硫化イオンは通さないがリチウムイオンは通すサイズのミクロ孔を持つ金属有機構造体。また、金属有機構造体は結晶であるため割れやすいという欠点があるため、酸化グラフェン層に混合して柔軟性を持たせた複合金属有機構造体膜を合成した。

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