NIMS、リチウム空気電池のエネルギー効率と寿命を大幅に改善する電解液を開発

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サイクル試験後のリチウム金属負極の断面観察。(a) 従来電解液 (b) 新電解液

物質・材料研究機構(NIMS)は2017年7月31日、同機構の久保佳実氏らの研究チームが、リチウム空気電池のエネルギー効率と寿命を大幅に改善する新しい電解液を開発したと発表した。

電気自動車用電源や家庭用電源として今後需要拡大が予想される蓄電池(二次電池)は、現状ではリチウムイオン電池が広く使用されているが、蓄電容量に相当するエネルギー密度がほぼ限界に達している。この限界を突破する技術の1つとして、正極活物質として空気中の酸素を用い、負極にリチウム金属を用いるリチウム空気電池があり、最高の理論エネルギー密度を有するとして期待されている。

リチウム空気電池の課題として、放電電圧に比べて充電電圧が高いためエネルギー効率が低いことと、リチウム金属負極の寿命が短いことがある。今回同研究チームでは、この課題を同時に改善できる新しい電解液として、支持塩に臭化リチウム(LiBr)と硝酸リチウム(LiNO3)を含む混合電解液を開発した。

この電解液により、充電時に正極にかかる過剰な電圧(過電圧)が、従来の1.6V以上から約0.6Vとなり、エネルギー効率が60%程度から77%に改善した。さらに、寿命低下の一因とされていた負極でのリチウム金属の樹枝状の析出を防止し、これら正負極両面での効果により、従来20回以下であった充放電サイクルの寿命が50回以上まで向上した。また充放電サイクル中に起こる副反応の量も、従来に比べ1/10以下に減少している。

今後同機構では、この成果を活用し、電気自動車や家庭用蓄電地に向けた大容量、長寿命なリチウム空気電池の早期実用化を目指す。

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