東京工業大学大学院総合理工学研究科の菅野了次教授、トヨタ自動車の加藤祐樹博士、高エネルギー加速器研究機構の米村雅雄特別准教授らの研究グループは、リチウムイオン伝導率が従来の 2 倍という過去最高の超イオン伝導体を発見、一般的なリチウムイオン電池の3 倍以上の出力が可能な固体型セラミックス電池の開発に成功したと発表しました。

全固体型セラミックス電池はセラミックス固体電解質の使用により、リチウムイオン電池で一般的な電解液系では不可能な構造(バイポーラ積層構造)を実現。電池の高容量化・高出力化や高安定性が期待され、次世代蓄電デバイスとされています。

同研究グループはイオン伝導率の高い2種類の超イオン伝導体(固体中をイオンが液体のように動き回る物質)を発見。1つは「Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3」(リチウム・シリコン・リン・硫黄・塩素)で、室温(27 ˚C)で1cm当たり 25 ミリジーメンスという極めて高いイオン伝導率を示し、もう1つは「Li9.6P3S12」は電位窓(電解質が適正に動作する電位の範囲)が広く、リチウム金属負極の電解質として利用可能です。

これにより開発した全個体電池は、既存のリチウムイオン電池より室温で出力特性が3 倍以上、低温(-30℃)や高温(100℃)でも優れた充放電特性を持ち、1000 サイクルの充放電可逆性も達成して、実用可能な耐久性を示しました。同電池は高い入出力電流により数分でフル充電が可能で、蓄電池とキャパシターの両利点を持つ優れた蓄電デバイスであることを確認。また、超イオン伝導体の結晶構造を解析し、高いリチウム伝導性の実現が三次元骨格構造内の超イオン伝導経路によることを解明しました。

同研究グループは、数ある革新電池の候補の中で、今回のような優れた特性を示す次世代型の電池は皆無であり、今後、次世代電池の全固体への歩みを加速する道筋を開いたと説明しています。

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