東京工業大学の一杉太郎教授らは、東北大学の河底秀幸助教、日本工業大学の白木將教授と共同で、高出力型全固体電池で極めて低い界面抵抗を実現し、超高速充放電の実証に成功した。

 現在、通常のリチウムイオン電池より高い電圧を発生する高出力型全固体電池が注目されている。実用化への課題の1つが、高電圧を発生する電極と固体電解質が形成する界面でのリチウムイオンの抵抗低減だが、界面抵抗低減についての明確な方策はなく、実現性は不明だった。

 研究グループでは、薄膜作製技術と超高真空プロセスを活用し、5 V程度の高電圧を発生する電極材料を用いた理想的な全固体電池を作製。固体電解質と電極の界面におけるイオン伝導性を評価した結果、界面抵抗が7.6Ωcm2という極めて低い値となった。これは、従来の全固体電池での報告より2桁程度低く、液体電解質を用いた場合と比較しても1桁程度低い。さらに、活性化エネルギーは、超イオン伝導体と同程度の低い値(0.3 eV程度)を示した。

 このような低抵抗界面の安定性を探るため充放電試験を行い、大電流(14mA/cm2)でも安定して高速充放電することに成功した。100回の超高速充放電では、電池容量の変化は全く見られず、リチウムイオンの高速な移動に対して、固体電解質と電極の界面が安定であることを実証した。また、全固体電池の構造解析を行った結果、固体電解質と電極の界面を形成した直後に、固体電解質から電極へ、リチウムイオンが自発的に移動することも明らかになった。

 今回の成果は、高出力型全固体電池の実用化に向けて重要な一歩となるのみならず、固体電解質と電極の界面におけるイオン輸送の学理構築にもつながることが期待される。

論文情報:【ACS Applied Materials and Interfaces】Extremely low resistance of Li3PO4 electrolyte/Li(Ni0.5Mn1.5)O4electrode interfaces

東北大学

イノベーションの源泉となる優れた研究成果を創出し、次世代を担う有為な人材を育成

東北大学は、開学以来の「研究第一主義」の伝統、「門戸開放」の理念及び「実学尊重」の精神を基に、豊かな教養と人間性を持ち、人間・社会や自然の事象に対して「科学する心」を持って知的探究を行うような行動力のある人材、国際的視野に立ち多様な分野で専門性を発揮して指導的[…]

東京工業大学

時代を創る知を極め、技を磨き、高い志と和の心を持つ理工人を輩出し続ける理工大学の頂点

東京工業大学は産業の近代化が急務となっていた1881(明治14)年に東京職工学校として設立されました。設立以来、優秀な理工系人材と卓越した研究成果を創出し続け、現在も日本の理工系総合大学のトップにいます。東京工業大学は高度な専門性だけでなく、教養学を必修とする[…]

日本工業大学

「実工学新時代」□変わる教育、変わらない理念

1967年に開校した日本工業大学は、専門的な実験・実習・製図科目を初年次から履修させるなど、独自の「実工学」の学びを展開しています。2018年4月には、基幹工学部・先進工学部・建築学部の3学部5学科2コース編成へ改組し、伝統の実工学教育を継承・発展。実工学教育[…]

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。