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高性能リチウム空気電池開発 電気自動車走行距離大幅増の期待

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これまで報告されているものよりはるかに性能が上回るリチウム空気電池を、東北大学の研究者たちが開発した。リチウム空気電池は、現在、幅広い用途に使われているリチウムイオン電池に代わる次世代の高性能蓄電池として注目されている。新開発のリチウム空気電池を電気自動車に使用すれば、1回の充電で走行距離を500~600キロに伸ばすことも期待できる、と研究チームは言っている。

新しいリチウム空気電池を開発したのは、東北大学原子分子材料科学高等研究機構の陳 明偉(チェン ミンウェイ)教授ら。正極に多孔質グラフェンを使用しているのが特徴だ。グラフェンの高い電気伝導性に加え、大きな空隙が大容量の蓄電能力を持ち得る、と陳教授らは考え、さらに窒素を添加したナノ多孔質グラフェンにルテニウム系触媒を挟んだ構造の電極とすることで、性能の大幅増に成功した。

電池の容量を表すミリアンペア時(mAh)が、電極の単位重量当たり最大8,300という大きな電気容量を持ち、電極単位重量当たり2,000mAhで固定した場合、100回充放電ができる。従来のリチウム空気電池よりも充電スピードが速く、充電に要したエネルギーと充電後の放電能力を比較したエネルギー効率も72%という高い値を示すことも確認された。

ナノ多孔質グラフェン電極が、100~300ナノメートル(ナノは10億分の1)という大きさの微細孔を持つため、リチウムイオン、酸素、電解質の輸送が円滑に行われること。加えて大きな空隙の中に生成物である過酸化リチウムが貯蔵され、さらにその大きな表面積の効果で過酸化リチウムの分解反応が促進されることが、こうした高性能をもたらした、と研究チームは説明している。

リチウム空気電池は、リチウムイオン電池とは異なり、正極にコバルト系やマンガン系の化合物を用いることなく、リチウム金属、電解液と空気だけで作動するというのが特徴。正極でリチウムイオンと空気中の酸素が反応し、酸化リチウムを生成することで電気を得る。酸化リチウムを再びリチウムと酸素に分解(充電)することで、再び電池として利用できる。

新しく開発されたリチウム空気電池の問題点は、電極材料は少量のルテニウムを使用しているため金や白金ほどではないものの製造費が割高になること。しかし、リチウム空気電池の実用化への重要な一歩になる成果だ、と研究チームは言っている。

関連リンク
・科学技術振興機構プレスリリース「大容量の蓄電が可能な『リチウム空気電池』用電極材料の開発~ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵~
・東北大学プレスリリース「大容量の蓄電が可能な『リチウム空気電池』用電極材料の開発~ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵~

サイエンスポータルの過去の関連リンク
・2015年3月4日ニュース「低い界面抵抗を実現、全固体電池に前進
・2011年6月9日ニュース「『究極の節電ハウス』実証実験スタート
・2010年10月26日ニュース「電気自動車に向いたリチウム電池負極材料開発
・2009年5月13日オピニオン・射場英紀 氏・トヨタ自動車 電池研究部長「革新電池への期待

http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2015/09/20150903_01.html