リチウムイオン電池 (LIB) は、エネルギー密度が高く寿命が長いため、過去数十年間、モバイル電子機器や機械に電力を供給する標準となってきましたが、保管や保存期間の問題もあります。 そのため、より優れたバッテリーが緊急に必要とされています。

東京大学は、この問題を解決し、金属コバルトを使用せずに平均電圧4.3Vを実現した新しいリチウム電池用の特殊な電極と電解質を開発し、開発を進めています。 1,000 回以上の完全な充放電サイクル後も良好なバッテリー容量を維持でき、バッテリーのエネルギー密度は以前よりも 60% 向上しており、これは過去には想像もできませんでした。

このリチウム電池のアノードは酸化ケイ素（SiOx）、カソードはリチウムニッケルマンガン酸化物（LiNi0.5Mn1.5O4）、電解質はリチウムビストリフルオロメタンスルホニルアミド（LiFSI）と炭酸メチル（FEMC）です。

この最適化により、アノード表面の劣化を効果的に抑制することができ、また、電解液は溶解しやすいカソードを強力に抑制することができるため、電池全体の安定性が向上します。

さらに、実験者らは、上記の電解液を高濃度（3.4 M）にすると、低濃度の電解液（1.0 M）に比べて、不安定なリチウムイオンと密接な関係を形成し、より安定化できることを発見しました。

充放電サイクル安定性試験も実施した。 実験の結果、高濃度の電解質を使用したバッテリーは80サイクル後もバッテリー容量の93%を維持し、放電効率は最大97%で、低濃度の電解質を使用して得られたデータよりもはるかに高いことがわかりました。 さらに、高濃度電解液を使用した電池の電位は最大4.9Vで、100回の充放電サイクル後でも電池容量維持率は90％以上、放電効率は約99％とさらに優れています。低濃度の電解質を使用しています。

実験チームはまた、異なる濃度の電解質と通常の市販リチウム電池を同時に使用し、最適化されたリチウム電池に対して 300、500、1,000 サイクルの充放電実験を実施しました。 その結果、高濃度の電解質を使用した新しいリチウム電池の性能が優れており、500回を超える充放電サイクルの後でも電池容量の低下は無視でき、放電効​​率はほぼ100%であることがわかりました。 満充電の状態で1,000回以上の長期充放電を繰り返しても、電池容量は約20％しか減りません。 これは、通常のリチウム電池の 3.2V ～ 3.7V の電圧よりも優れており、充放電サイクルは 500 回しか実行できません。

同チームは、将来的には、電池の全体的な性能と安全性を向上させるために、電極の組成と電池の設計をさらに最適化および開発し、電池がさまざまな極限環境でも性能と通常の動作を維持できるようにすると述べた。

また、コンゴ民主共和国の鉱山環境や劣悪な労働条件に関するニュースなど、リチウムイオン電池を改善する理由はたくさんあるとも述べた。 さらに供給面では、地域の政治的・経済的不安定によりコバルトの供給源にも問題があり、コバルトの使用を放棄したいと考えている。

東京大学大学院工学系研究科化学システム工学科教授 山田 篤（山田篤夫）は学校通信に対し、「リチウムイオン電池の改良の過程でさまざまな副作用が発生し、電池寿命が大幅に短くなるが、我々はこの実験の結果に満足している」と語った。

同氏はさらに、「電極にリチウム、ニッケル、マンガン、シリコン、酸素の一般的な組み合わせを使用することで、コバルトに代わる新たな代替品をついに発見しました。しかし、安全性能と電池の使用量をさらに改良する必要があります。極端な環境では、バッテリーの品質に対する厳しい要件があります。」

山田氏と彼のチームは、リチウムイオン電池の応用も研究しており、最近開発された新しいリチウム電池は、他の種類の電池、水の分解による水素と酸素の生成、鉱物の精錬、およびその他の電気化学プロセスや装置にも使用できます。電気めっきおよびその他の用途。

この新しい発明は10月末に発売されましたで掲示されます「Nature」誌、8,000以上の閲覧数、20以上のメディアで報道。 ◇

責任編集者：Lian Shuhua#