東大が水ベースのリチウムイオン伝導性液体を発見、超3V級電池の電解液に

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東京大学は2016年8月27日、“水”をベースとした安全・安価・高性能なリチウムイオン伝導性液体「常温溶融水和物(ハイドレートメルト)」を発見したと発表した。この液体は、高いリチウムイオン輸送特性と高い電圧耐性を備え、3V以上で動作するリチウムイオン電池の電解液として機能するという。

同大学の研究グループは今回、科学技術振興機構の研究員や物質・材料研究機構の研究グループと協力。水と特定のリチウム塩2種を一定の割合で混合すると、一般的には固体となるリチウム塩二水和物が、常温で安定な液体つまりハイドレートメルトとして存在することを見出した。

発見したハイドレートメルトは、通常1.2Vの電圧で水素と酸素に分解する水を使用したにもかかわらず、3V以上の高電圧をかけても分解しないという。今回の研究では、このハイドレートメルトを電解液として利用し、これまで特殊な有機溶媒を用いた電解液でしか成し得なかった超3V級リチウムイオン電池の可逆作動に、“水”を用いた電解液で初めて成功した。

これにより、従来2V以下に制限されていた水系リチウムイオン電池の電圧が、有機溶媒を使った商用のリチウムイオン電池(2.4-3.7 V)と同等レベルまで引き上げられることを示した。ハイドレートメルトを電解液とした水系リチウムイオン電池のエネルギー密度は、市販の2.4V級リチウムイオン電池を凌駕するレベルに達しているという。さらに今回の研究では、市販のリチウムイオン電池を大幅に上回る6分以下での超高速な充電・放電が可能であることも見出した。

今回の研究成果は、安全で安価な水をリチウムイオン電池の電解液に用いられることを示した。リチウムイオン電池の電解液が可燃・有毒な有機溶媒から不燃・無毒な水に置き換われば、火災・爆発事故等のリスクを極限まで低下させられる。また、自然界に存在する水が電解液原料になることに加え、電池生産工程における厳密な禁水環境(ドライルーム)を撤廃することができるため、リチウムイオン電池の圧倒的な低価格化をもたらすとしている。

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