アルミニウム材料が、より安全で、より安く、より強力なバッテリーに有望な性能を示す(Aluminum Materials Show Promising Performance for Safer, Cheaper, More Powerful Batteries)

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2023-07-19 ジョージア工科大学

◆ジョージア工科大学の研究チームは、アルミニウム箔を使用してエネルギー密度が高く、安定性に優れた新しいバッテリーシステムを開発しました。リチウムイオン電池の限界に挑戦し、次世代の長距離車両や電動航空機に安全で安価な高性能な代替バッテリーシステムを提供することを目指しています。固体電池技術を活用し、アルミニウム箔のマイクロ構造を工夫することで、従来のリチウムイオンバッテリーよりも高いエネルギー密度を実現しました。
◆この新しいバッテリーシステムは、電動車両の航続距離を延ばすだけでなく、製造コストを削減し、環境にも良い影響をもたらすと期待されています。研究チームはさらにバッテリーの大きさを拡大し、アルミニウムの挙動に影響を与える要因を調査し、より安価なアルミニウム箔を含むバッテリーシステムの開発に取り組んでいます。

<関連情報>

全固体リチウムイオン電池のための多相微細構造を持つアルミ箔負極 Aluminum foil negative electrodes with multiphase microstructure for all-solid-state Li-ion batteries

Yuhgene Liu,Congcheng Wang,Sun Geun Yoon,Sang Yun Han,John A. Lewis,Dhruv Prakash,Emily J. Klein,Timothy Chen,Dae Hoon Kang,Diptarka Majumdar,Rajesh Gopalaswamy & Matthew T. McDowell
Nature Communications  Published:18 July 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-39685-x

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Abstract

Metal negative electrodes that alloy with lithium have high theoretical charge storage capacity and are ideal candidates for developing high-energy rechargeable batteries. However, such electrode materials show limited reversibility in Li-ion batteries with standard non-aqueous liquid electrolyte solutions. To circumvent this issue, here we report the use of non-pre-lithiated aluminum-foil-based negative electrodes with engineered microstructures in an all-solid-state Li-ion cell configuration. When a 30-μm-thick Al94.5In5.5 negative electrode is combined with a Li6PS5Cl solid-state electrolyte and a LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2-based positive electrode, lab-scale cells deliver hundreds of stable cycles with practically relevant areal capacities at high current densities (6.5 mA cm−2). We also demonstrate that the multiphase Al-In microstructure enables improved rate behavior and enhanced reversibility due to the distributed LiIn network within the aluminum matrix. These results demonstrate the possibility of improved all-solid-state batteries via metallurgical design of negative electrodes while simplifying manufacturing processes.

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