2023-01-12 イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校(UIUC)
・ UIUC とペンシルベニア大学が、従来のバッテリー設計を超える高エネルギー密度と高電力密度を提供する、高電圧マイクロバッテリーを開発。
・ 大型電池の電気化学的性能をマイクルスケールの電池で実現できれば、マイクロデバイスやマイクロロボット、埋め込み型の医療デバイス等での利用が期待できるが、電池の小型化ではパッケージングが電池の体積・質量の大部分を占めることで電極部分が縮小され、エネルギーや出力が大幅に低下する。
・ 新マイクロバッテリーは、3 層の内部セル構造を密封した平面型の極めてミニマルなパッケージング設計のコンパクトな高耐久性リチウム電池。前例のない作動電圧(＞9V)、高エネルギー密度( C/2 での継続放電で～124 mW cm-2、2C でのパルス放電で～75 mW cm-2)と高電力密度(最大 990 Wh Kg1 および 1,929 Wh L-1)を提供する。
・ 正負端子の集電体をパッケージングの一部として使用したユニークなバッテリー設計で、コンパクトな体積(≦0.165 ㎤)と低いパッケージ質量分率(10.2%)のマイクロバッテリーを実現。さらに、電極セルを直列に積層することで、高い作動電圧を達成した。
・ また、極めて高密度の電極を使用することでバッテリー性能を向上。 同大学のスピンアウト企業のXerion Advanced Battery Corporation (XABC）（オハイオ州デイトン)が中間温度域での直接電着法で作製した、バインダや添加剤フリーの DirectPlateTM LiCoO2 の高密度電極を使用した。
・ 次には、今回開発の新設計を液体使用の電池よりも安全で高エネルギー密度の全固体マイクロバッテリープラットフォームに転換する予定。
URL: https://mrl.illinois.edu/news/novel-design-helps-develop-powerful-microbatteries
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Cell Reports Physical Science 掲載論文(フルテキスト）
Serially integrated high-voltage and high power miniature batteries
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386422005239?via%3Dihub
Highlights
- •Energy-dense planar format microbattery using dense electroplated LiCoO2 cathodes
- •Vertically stacked cells with bifacial current collectors enable high operating voltage
- •Highest energy density and operating voltage achieved in <0.2 cm3 footprint battery
- •Microbattery driving motors and actuators empowering micro-mili-scale robotics
Summary
Accessing high voltages (>9 V) and high power density in microbatteries with volumes below ∼0.25 cm3 is challenging. At such scales, energy density and voltage are highly constrained by packaging and serial integration of cells. Here, we demonstrate hermetically sealed, durable, compact (volume ≤ 0.165 cm3) batteries with low package mass fraction (10.2%) in single- (∼4 V), double- (∼8 V), and triple-stacked (∼12 V) configurations with energy densities reaching 990 Wh Kg−1 and 1,929 Wh L−1 (triple-stacked battery discharged at C/10) and high power density for continuous and pulsed discharge (∼124 mW cm−2 for triple-stacked battery at C/2 continuous discharge, ∼75 mW cm−2 for double-stacked battery at 2C pulsed discharge). We achieve the high voltage-power-energy density landscape by using current collectors as the package and serial stacking of bifancial dense electrodeposited LiCoO2 cathode, Li-metal anode electrodes. Our microbatteries power wireless communication electronics, motors, and actuators, paving the way toward highly functional microdevices.
