加熱によって全固体電池の性能が大幅に向上することを発見 東工大などの研究グループ

  • Tweet
  • このエントリーをはてなブックマークに追加

東京工業大学や東京大学、産業技術総合研究所などの研究グループは2022年1月7日、全固体電池は大気中の水蒸気によって性能が低下するものの、加熱によって性能を回復できることを発見したと発表した。電気自動車への応用が期待される全固体電池の実用化に貢献する技術で、研究結果は2022年1月6日、米国化学会誌「ACS Applied Materials & Interfaces」に掲載された。

電解質に固体を使う全固体電池は充電の高速化や高い安全性が期待され、電解質に可燃性の液体を使うリチウムイオン電池に代わる次世代の電池として期待されている。しかし、固体電解質と電極が接する界面における抵抗(界面抵抗)が大きく、充電時間がリチウムイオン電池より長くなることが課題だった。

研究グループでは、界面抵抗が大きくなる原因を探るため、電極表面を大気や酸素、窒素、水素、水蒸気の5種類の気体にそれぞれ曝露し、電池の性能への影響を調べた。その結果、酸素や窒素、水素に曝露しても性能の低下は認められなかったが、大気と水蒸気に曝露すると界面抵抗が10倍以上に増大。特に水蒸気は電極の劣化が激しく、性能の著しい低下が確認できた。

さらに、水蒸気によって劣化した電極を使って電池を作製し、動作させる前に1時間、150℃の加熱処理を行うと、電池動作特性が大幅に向上することを確認。界面抵抗の大きさは10.3 Ωcm2で、加熱処理前の10分の1以下に抑えられた。この値は、大気や水蒸気に触れないようにして作製した界面の抵抗値10.9 Ωcm2とほぼ同じだった。完全に電池となってから加熱するのが重要で、電池に組み上げる前に加熱しても電池性能は変わらなかった。

こうした性能の変化は、水素陽イオン(プロトン)によって引き起こされる。水蒸気から電極内部にプロトンが侵入し、界面リチウムイオン輸送を阻害することで、界面抵抗が上昇。それを加熱処理することで、プロトンが固体電解質中に移動し正常な界面に回復することが明らかになった。

関連リンク

プレスリリース

関連記事

アーカイブ

fabcross
meitec
next
メルマガ登録
ページ上部へ戻る