リチウム空気電池のエネルギー効率と寿命を大幅に改善する電解液を開発
2017.07.31 NEW

国立研究開発法人物質・材料研究機構

NIMSの研究チームは、リチウム空気電池のエネルギー効率と寿命を大幅に改善する新しい電解液を開発しました。


概要

１．国立研究開発法人物質・材料研究機構 エネルギー・環境材料研究拠点 ナノ材料科学環境拠点 リチウム空気電池特別推進チームの久保佳実チームリーダー、辛星 (XIN Xing) ポスドク研究員、伊藤仁彦主幹研究員らの研究チームは、リチウム空気電池のエネルギー効率と寿命を大幅に改善する新しい電解液を開発しました。

２．蓄電池 (二次電池) は、電気自動車用電源や、太陽電池で発電された電気をためる家庭用電源として、今後急速に需要が拡大することが予測されます。二次電池の中でも、リチウム空気電池は最高の理論エネルギー密度を有する「究極の二次電池」と言われています。現状、二次電池として広く使用されているリチウムイオン電池は、蓄電容量に相当するエネルギー密度がほぼ限界に達しており、リチウム空気電池によって、蓄電容量の劇的な向上と大幅なコストダウンが期待できます。しかしながら、リチウム空気電池は、放電電圧に比べて充電電圧が高いためエネルギー効率が低く、またリチウム金属負極の寿命が短いという大きな課題がありました。

３．今回、本研究チームでは、リチウム空気電池のエネルギー効率と寿命を大幅に改善する新しい電解液を開発しました。この電解液により、充電時に正極にかかる過剰な電圧 (過電圧) が、従来の1.6 V以上から半分以下の約0.6 Vとなり、エネルギー効率が60%程度から77%まで大きく改善しました。さらに、寿命低下の一因とされていたリチウム金属の樹枝状の析出も防止することで、従来20回以下であった充放電サイクルの寿命が50回以上まで大幅に向上しました。

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▽引用元：国立研究開発法人物質・材料研究機構　2017.07.31
http://www.nims.go.jp/news/press/2017/07/201707311.html

サイクル試験後のリチウム金属負極の断面観察。(a) 従来電解液、(b) 新電解液
http://www.nims.go.jp/news/press/2017/07/hdfqf1000008zg3g-img/img_201707311.jpg

【プレスリリース】氷表面での水膜のでき方を解明 - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/42995


研究成果のポイント

•氷結晶表面は融点（0℃）以下の温度でも 2 タイプの水膜で覆われていることはこれまでに知られていたが，これらの水膜は，氷が融けるのではなく，水蒸気が析出することで生成することを解明した。
•本研究成果は，スケートの滑りやすさや，復氷，凍上，食品や臓器の低温（冷凍）保存，雷雲での雷の生成など，氷表面の水膜が重要な役割を果たす幅広い現象の機構解明に役立つことが期待される。


研究成果の概要

氷の表面は融点（0℃）以下の温度でも擬似液体層注 1 と呼ばれる薄い水膜で覆われています。
この現象は表面融解と呼ばれ，スケートの滑りやすさから雷の発生まで，幅広い現象の鍵を握ると考えられています。
しかし，この水膜がどのようにしてできるのかはまだわかっていませんでした。そこで我々は，原子・分子高さの段差を可視化できる特別な光学顕微鏡を用いて，様々な水蒸気圧下で氷結晶表面を観察しました。
その結果，2 タイプの擬似液体層は，氷結晶表面が融けてできるのではなく，過飽和な水蒸気が氷結晶表面に析出することでできることを解明しました（図 1）。

本成果は，これまで長らく「表面融解」と呼ばれて来た現象の描像を根底から覆すもので，今後，氷表面の水膜が重要な役割を果たす幅広い現象の機構解明に役立つと共に，半導体結晶や有機物結晶など，様々な材料で見られる融点直下での超高温表面・界面現象の解明に役立つと期待されます。

本研究成果は，米国科学アカデミー紀要（PNAS）のオンライン速報版で 2016 年 2 月 1 日（月）（米国東部時間）に公開されました。

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東京大学の佐々木裕次教授、大阪大学の後藤祐児教授らの研究グループは世界で初めて溶液中のイオンが結晶化する瞬間を観察することに成功しました。従来の予想に反してイオンが激しい運動をしていることが分かりました。

液体に溶けた物質から結晶などの固体が現れる析出現象は様々な工業分野に関わっています。
また、病気の中には体内の分子が固体になってしまう異常が原因となるものも多く知られています。
そのため析出現象の詳細なメカニズムを解明することは新しい材料の開発や、病気の予防などにつながる可能性を秘めています。しかしながら非常に小さな分子やイオンの動きを溶液中で詳細に観察することは難しく、これまで析出の瞬間を観察することはできませんでした。

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http://univ-journal.jp/4474/