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2015年3月10日 (火)

低い界面抵抗を実現、全固体電池に前進

2015年3月4日
サイエンスポータル科学ニュース
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 正極と負極、電解質のすべてが固体から
構成される全固体リチウム電池で、極めて
低い電極/電解質界面抵抗を実現する
のに、東北大学原子分子材料科学高等研究
機構の春田正和(はるた まさかず)助手
(現・同志社大学准教授)と白木将
(しらき すすむ)講師、一杉太郎
(ひとすぎ たろう)准教授らが成功した。
 
 電極(コバルト酸リチウム)と電解質
(窒素添加リン酸リチウム)からなる高品質
な界面を作り、その界面抵抗を、
液体電解質を使う場合よりも低く抑えた。
 
 全固体リチウム電池の実用化に向けて、
課題が解決できる見通しをつけた。
 
 3月4日付の米化学会誌Nano Letters
オンライン速報版で発表した。
 
 全固体リチウム電池は、高い安全性と
エネルギー密度を両立する次世代の
高性能畜電池として期待されている。
 
 液体の電解質を用いないため、 液漏れ
や発火の危険がなく、安全性が高い。
 
 しかし、その実用化には課題が多い。
 
 特に、電極と電解質の界面における
抵抗(電極/電解質界面抵抗)が高く、
リチウムイオンの移動が制限されてしまう
ため、高速の充放電が困難だった。
 
 研究グループは、試料作製から
イオン伝導性の測定まですべてに関して、
超高真空下で実施できる同一の実験装置
をトヨタ自動車と共に東北大学に建設
した。
 
 この装置で、成膜条件を最適化し、
不純物や欠陥の少ない高品質な薄膜を
積層して全固体薄膜電池を作製した。
 
 試料を一度も大気にさらしていない
ため、理想的な電極/電解質界面が
でき上がった。
 
 そして、その電極/電解質界面の
イオン伝導性を測定した。
 
 その結果、コバルト酸リチウムと
窒素添加リン酸リチウムの界面で原子配列
の乱れを減らすと、界面抵抗が極めて低い
8.6Ωcm2を得た。
 
 この値は、これまで報告されていた
全固体電池の値の1/10程度、液体電解質
を用いた電池の界面 抵抗の1/3程度
だった。
 
 この結果により、コバルト酸リチウム
と窒素添加リン酸リチウムの組み合わせ
では、液体電解質を用いた場合よりも
小さい界面抵抗を示す電極/電解質界面
が得られることを実証した。
 
 さらに、空間電荷層による界面抵抗増大
の効果は無視できることもわかった。
 
 研究を率いた一杉太郎准教授は
「電極と電解質の材料の組み合わせだけ
でなく、その作製プロセスで界面の状態が
大きく変わり、界面抵抗が変化することを
明らかにした。
 
 電極/電解質の界面における高い
イオン伝導性の実現は、
全固体リチウム電池実用化の鍵である。
 
 今回、液体電解質を用いた従来の
リチウムイオン電池よりも、界面抵抗を
小さくすることが可能であることを実証
した。
 
 また、固体/固体界面でのイオンの
振る舞いも理解が深まるだろう。
 
 今後、界面構造と電子状態の精密制御の
研究が進み、電池特性の向上につながる
ことが期待される。
 
 工業的にも科学的にも意義は大きい」
と話している。
 
 関連リンク
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 素晴らしいです。
 
 全固体リチウム電池、出てきそうで
出てこないですね。
 
>今回、液体電解質を用いた従来の
>リチウムイオン電池よりも、
>界面抵抗を小さくすることが可能
>であることを実証した。
 
>また、固体/固体界面でのイオンの
>振る舞いも理解が深まるだろう。
 
>今後、界面構造と電子状態の
>精密制御の研究が進み、電池特性の
>向上につながることが期待される。
 
>工業的にも科学的にも意義は大きい
>と話している。
 
 これで全固体リチウム電池が製品化
されるのかどうか分かりませんが、
「工業的にも科学的にも意義は大きい」
とのことですので、今後に期待したい。

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