NIMS、全固体電池向けシリコン負極の高容量、安定動作に成功――電気自動車の航続距離大幅延伸に期待

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ヘリウムガス雰囲気でスパッタ製膜を行うことで得られたナノ多孔アモルファス・シリコン負極膜の断面透過電子顕微鏡像

物質・材料研究機構は2018年5月14日、ナノ多孔構造を導入したアモルファスシリコン負極膜が高容量で安定動作することを発見したと発表した。

シリコンは、従来の黒鉛負極と比較して重量容量密度で約11倍、体積容量密度で約3倍と非常に大きいために、電気自動車用電池の負極材として活用できれば航続距離を大きく伸ばせると期待されている。しかし、シリコンは充放電時に体積が大きく変化するために壊れやすく、容量が低下するという問題があった。さらに、液体の電解質が充電の度にシリコン表面で分解されてさらに容量が低下するという問題もあった。

今回の研究では、体積変化に強いアモルファスシリコンを母材として、これにナノ多孔構造を導入したシリコン負極材を採用。さらにシリコン表面で分解が起こらない固体電解質と組み合わせることで、100回の充放電を繰り返してもほとんど容量が低下しないことを発見した。

この研究により、安全で高い信頼性を持つ全固体電池の高容量化が現実味を帯び、電気自動車用電池をはじめ、再生可能エネルギー発電施設用蓄電池システムや家庭用蓄電池の大幅な性能向上が期待できるという。

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