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東京工業大学(東工大)大学院総合理工学研究科・物質電子化学専攻の菅野了次教授、平山雅章講師、トヨタ自動車、高エネルギー加速器研究機構(KEK)の研究グループは、世界最高のリチウムイオン伝導率を示す超イオン伝導体を発見したことを明らかにした。同成果は英国の科学誌「Nature Materials」に掲載された。
リチウムイオン電池の性能を超す次世代電池の実現が求められており、その鍵を握るのが電解質である。現在のリチウムイオン電池には電解質として可燃性有機電解液が用いられているが、高容量と高出力の電池を達成し、かつ安全で高い信頼性、長寿命という課題を両立させるためには、電池をすべてセラミックスで構成することが理想であるとされている。しかし、セラミックス電池のの実現を阻む課題としては、その固体電解質の特性であり、これまでの固体電解質のイオン伝導率は0.1mから1mScm-1程度で、有機電解液に比べ1桁以上低いイオン伝導率であった。
超イオン伝導体は固体中をイオンがあたかも液体のように動き回る物質。研究グループは、超イオン伝導体として高いイオン伝導率の期待できる硫化物系で物質探索を行い、新規物質開拓の過程でイオン伝導率の高い超イオン伝導体「Li10GeP2S12」を発見。この結晶構造を、今回、大強度陽子加速器施設J-PARCに設置された超高分解能粉末中性子回折装置「SuperHRPD(BL08)」の中性子回折測定によって決定したほか、リチウムイオン電池の正極材料として広く利用されているLiCoO2を用いた電池が優れた特性を示すことも明らかにし実用材料としての応用可能であることを示したという。
同伝導体は、室温(27℃)で12mScm-1を示し、5V以上の分解電圧を持ち、従来のリチウムイオン伝導体Li3N(6mS cm-1)の2倍の伝導率であるとともに、低温においては既存のリチウムイオン2次電池に用いられている有機電解液のイオン伝導率を超す値であることが確認された。
また、SuperHRPD(BL08)の高分解能バンクを利用した精密中性子構造解析では、同伝導体がこれまでにない3次元骨格構造を持つ物質であり、その骨格構造内にリチウムが鎖状に連続して存在することで高いリチウム伝導性を実現していることが判明した。
同導電体は、リチウム電池の全固体化に向けた応用が可能であり、全固体化に伴う安全性の向上により電池の大容量化が可能になるほか、小型化セラミックス電池の実現も期待されるようになるという。
また、有機電解液並み、もしくはそれ以上のイオン伝導性を持つ不燃性の無機固体電解質が開発されたことから、大型・高容量蓄電池の実現に期待が出てくると研究グループでは説明しており、今回の発見した物質を、さらに伝導性や安定性を向上させて、高エネルギー型電池を目指した研究を進める予定としている。
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ニュース] - &trackback() - 2011年08月04日 09:32:27
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最終更新：2011年08月04日 09:34
