バッテリーに「薬」が必要?(Do batteries need medicine?)

2025-08-26 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

アルゴンヌ国立研究所の研究者は、電池における電解質添加剤の役割を「薬」に例えて解説した。添加剤は電極との界面を安定化させ、抵抗を低減し、容量や寿命を向上させるが、候補が膨大で従来は探索に多大な労力が必要だった。研究チームは機械学習を活用し、既存データから性能予測モデルを構築、添加剤の組み合わせを効率的に絞り込み、実験で検証することで探索時間を大幅に短縮した。特に高電圧リチウム・ニッケル・マンガン酸化物(LNMO)電池で、分解を抑え安定な界面を形成する有効な添加剤を見出し、性能改善を実証した。本研究は、データ駆動型の設計により電池開発を加速できることを示し、添加剤が「バッテリーの薬」として持つ可能性を強調している。

<関連情報>

高性能5V LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄正極を支える電解質添加剤のデータ駆動設計 Data-driven design of electrolyte additives supporting high-performance 5 V LiNi0.5Mn1.5O4 positive electrodes

Bingning Wang,Hieu A. Doan,Seoung-Bum Son,Daniel P. Abraham,Stephen E. Trask,Andrew Jansen,Kang Xu & Chen Liao
Nature Communications  Published:10 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57961-w

バッテリーに「薬」が必要?(Do batteries need medicine?)

Abstract

LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) is a high-capacity spinel-structured material with an average lithiation/de-lithiation potential at ca. 4.6–4.7 V vs Li+/Li, far exceeding the stability limits of electrolytes. An efficient way to enable LNMO in lithium-ion batteries is to reformulate an electrolyte composition that stabilizes both graphitic (Gr) negative electrode with solid-electrolyte-interphase and LNMO with cathode-electrolyte-interphase. In this study, we select and test a diverse collection of 28 single and dual additives for the Gr||LNMO battery system. Subsequently, we train machine learning models on this dataset and employ the trained models to suggest 6 binary compositions out of 125, based on predicted final area-specific-impedance, impedance rise, and final specific-capacity. Such machine learning-generated new additives outperform the initial dataset. This finding not only underscores the efficacy of machine learning in identifying materials in a highly complicated application space but also showcases an accelerated material discovery workflow that directly integrates data-driven methods with battery testing experiments.

0402電気応用
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