500Wh/kg級リチウム空気電池を開発~世界最高レベルのエネルギー密度を実証~

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2021-12-15 物質・材料研究機構,科学技術振興機構,ソフトバンク株式会社

1.物質・材料研究機構(以下「NIMS」)は、ソフトバンク株式会社(以下「ソフトバンク」)と共同で、現行のリチウムイオン電池の重量エネルギー密度(ワットアワー/キログラム)を大きく上回る500ワットアワー/キログラム級リチウム空気電池を開発し、室温での充放電反応を実現しました。さらに、世界中で報告されているリチウム空気電池の性能の網羅的な調査により、NIMSが開発したリチウム空気電池は、エネルギー密度ならびに、サイクル数の観点で世界最高レベルであることを示しました。本研究成果は、リチウム空気電池の実用化に向け、大きな一歩となるものです。

2.リチウム空気電池は、理論重量エネルギー密度が現行のリチウムイオン電池の数倍に達する「究極の2次電池」であり、軽くて容量が大きいことから、ドローンや電気自動車、家庭用蓄電システムまで幅広い分野への応用が期待されています。NIMSは、科学技術振興機構(JST)の高容量蓄電池の研究開発加速を目的に発足したプロジェクトであるALCA次世代蓄電池(以下「ALCA-SPRING」)の支援のもと基礎研究を進めてきましたが、2018年にソフトバンクと共同で「NIMS-SoftBank先端技術開発センター」を設立し、携帯電話基地局やIoT、HAPS(High Altitude Platform Station)などに向けて実用化を目指した研究を行ってきました。リチウム空気電池は理論的には非常に高いエネルギー密度を示す一方で、従来のリチウム空気電池の特性評価で一般的に使われてきた電池においては、セパレーターや電解液といった電池反応に直接関与しない材料が電池重量の多くの割合を占めているため、実際に高いエネルギー密度のリチウム空気電池を作製・評価した例は限られていました。

3.研究チームは、これまでのALCA-SPRINGでの研究により、リチウム空気電池の持つ高いポテンシャルを最大限に引き出すことができる独自材料を開発してきました。さらに、研究チームは、NIMS-SoftBank 先端技術開発センターで開発した高エネルギー密度リチウム空気電池セル作製技術を、これら材料群に適用することで、現行のリチウムイオン電池のエネルギー密度を大きく上回る500ワットアワー/キログラム級リチウム空気電池の室温での充放電反応を世界で初めて実現しました。
※NIMS調べ(2021年12月14日現在)

4.今後は、現在開発中の改良型材料を500ワットアワー/キログラム級リチウム空気電池に搭載することで、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でのリチウム空気電池の早期実用化につなげます。

5.本研究は、主に、ALCA-SPRINGとNIMS-SoftBank 先端技術開発センターの研究開発の一環として、松田 翔一 主任研究員、小野 愛生 NIMS ポスドク研究員、山口 祥司 特別専門職、魚崎 浩平 フェロー(NIMS-SoftBank先端技術開発センター、センター長)らの研究チームによって行われました。

6.本研究成果は、日本時間2021年12月15日に「Material Horizon」誌にオンライン掲載されます。

本研究は、主に、科学技術振興機構(JST)の「ALCA-SPRING」の支援を受けて行われました。さらに、ソフトバンクと共同で「NIMS-SoftBank先端技術開発センター」を設立し実用化を目指した研究を行っています。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Criteria for evaluating lithium-air batteries in academia to correctly predict the practical performance in industry”
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
松田 翔一(マツダ ショウイチ)
物質・材料研究機構 エネルギー・環境材料研究拠点 二次電池材料グループ 主任研究員

<JST事業に関すること>
加藤 真一(カトウ シンイチ)
科学技術振興機構 未来創造研究開発推進部

<報道担当>
物質・材料研究機構 経営企画部門 広報室
科学技術振興機構 広報課

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