東北大学と日立製作所は、気温150度の環境下で動作するリチウムイオン2次電池の基礎技術を開発しました。実用化されれば、自動車のエンジンルームや大型産業機械など高温環境での電池使用が可能となるほか、冷却機構が不要となることから、電池の小型化やコスト低減にも期待が持てそうです。

研究には、東北大原子分子材料科学高等研究機構の折原慎一教授を中心としたグループが当たりました。発表によると、リチウムイオン2次電池は電池内を満たした有機電解液を介し、正極層と負極層をリチウムイオンが行き交うことで充放電します。しかし、有機電解液の主成分が揮発性の有機溶媒であるため、高温になると冷却機構の設置が必要となり、60度前後の環境が使用の限界とされてきました。
このため、不揮発性の固体電解質材料の開発が進められていますが、固定電解質材料は有機電解液に比べ、リチウムイオンの伝導性が低く、電池内部の抵抗を低減することが課題となっています。

研究グループは、LiBH4 系錯体水素化物(※1)を新しい固体電解質として開発、室温から150度までの範囲でリチウムイオン電導が可能になることを確認していました。今回は新たに開発した技術をスマートフォン用電池の1,000分の1という小容量電池に搭載し、150度の環境下で電池の動作を実証しました。
新たにLi-B-Ti-Oという酸化物固体材料を新たに開発、正極材料とLi-B-Ti-Oから成る複合正極層を設けることで、分解によって増大する抵抗を抑制、ほぼ0だった放電容量(※2)を理論容量(※3)の50%にまで改善できるようになりました。
剥離抑制接合層として低融点アミド添加錯体水素化物電解質も開発、正極層と負極層の間に配置することで、リチウムイオン2次電池の内部抵抗が100分の1に低減されました。複合正極層技術と併用することにより、放電容量が理論容量の90%まで増大できるとしています。

エネルギー密度が高いリチウムイオン2次電池は、スマートフォンやタブレットなど小型携帯端末用電源をはじめ、電気自動車用電源や再生可能エネルギーの需給調整などさまざまな用途で活用が進められています。研究グループでは今後、実用化に向けて大容量化やエネルギー密度の向上、充放電時間の短縮など性能向上に努めることにしています。

※1 錯体水素化物 リチウムイオンなど正の電荷を有する金属イオンと、水素化ホウ素イオンなど負の電荷を有する水素化物イオンがイオン結合で安定化した高密度水素化合物。
※2 理論容量 開発した電池で充放電できる最大の電気量。
※3 放電容量 一定の電流条件下で開発した電池から取り出すことができた電気量。

出典:【東北大学】高耐熱全固体リチウムイオン二次電池の基礎技術を開発

東北大学

建学以来の伝統である「研究第一」と「門戸開放」の理念を掲げ、世界最高水準の研究・教育を創造

開学以来の「研究第一主義」の伝統、「門戸開放」の理念、「実学尊重」の精神を基に、数々の教育研究の成果を挙げてきた実績を踏まえ、これらの伝統・理念等を積極的に踏襲し、独創的な研究を基盤として高等教育を推進します。[…]

この記事が気に入ったらおねがいします。

大学ジャーナルオンライン編集部

大学ジャーナルオンライン編集部

大学ジャーナルオンライン編集部です。
大学や教育に対する知見・関心の高い編集スタッフにより記事執筆しています。