リチウム空気電池の実用化を阻む、充電電圧上昇の原因を特定

今回、研究チームは、放電生成物である過酸化リチウムの結晶性に着目し、結晶構造の乱れが大きい（結晶性が低い）方がより低い電圧で充電（分解）できるということを初めて明らかにしました。

従来、過酸化リチウムの生成（放電反応）には、①カーボン電極上での反応と、②電解液を介した反応（不均化反応）の２種類の経路があることが知られています。今回の研究によって、①による過酸化リチウムは３．５ボルト以下で充電（分解）できるのに対し、②の場合は４ボルト以上の電圧が必要であること、さらには①で生成された過酸化リチウムの方が、結晶性が低いことが判明しました。この結果は、充電電圧の上昇が反応経路②による高結晶性の過酸化リチウムに由来しており、その生成を抑えることで充電電圧を下げることができることを示しています。

今後はこの成果をもとに、低結晶性の過酸化リチウムを優先的に生成する手段を確立することで、リチウム空気電池のサイクル寿命の大幅増加を図り、ＮＩＭＳ－ＳｏｆｔＢａｎｋ先端技術開発センターにおけるリチウム空気電池の実用化研究の加速につなげます。

本研究成果は２０２０年８月１１日（中央ヨーロッパ時間）、国際科学誌「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ」にオンライン掲載されます。