リチウム変換電池触媒の新設計原理を提案(Researchers Suggest New Design Principle for Lithium Conversion Battery Catalysts)

2026-05-12 中国科学院(CAS)

中国科学院金属研究所のLI Feng氏、SUN Zhenhua氏、CHENG Huiming氏らの研究チームは、リチウム硫黄電池やリチウム空気電池向け触媒の新しい設計原理を提案した。成果は2026年4月にNature Catalysisへ掲載された。従来の触媒開発では、物質の吸着エネルギーなど「熱力学特性」を重視していたが、本研究では、電池内部で生成される絶縁性物質(Li2S2やLi2O2)が電子輸送を妨げることが性能低下の主因になる点に注目した。研究チームは351種類の二原子触媒を計算解析し、反応初期は熱力学的障壁が重要だが、中後期では電子輸送能力が反応速度を左右することを発見した。そこで、コバルト2原子を用いた新触媒「DA-CoCo」を開発し、電子移動を大幅に改善。実際のリチウム硫黄パウチ電池で459 Wh/kgという高いエネルギー密度を達成した。研究は、次世代高容量電池の高性能化に向けた新たな触媒設計指針を示す成果とされる。

<関連情報>

高エネルギーリチウム電池向け二原子触媒を用いた固相変換反応における絶縁障壁の打破 Breaking insulating barriers in solid-phase conversion reactions with dual-atom catalysts for high-energy lithium batteries

Tong Yu  (于彤),Ru Xiao  (肖茹),Pei Tang  (唐培),Nan Piao  (朴楠),Ruopian Fang  (方若翩),Bo-Quan Li  (李博权),Zhuangnan Li  (李庄男),Hui-Ming Cheng  (成会明),Zhenhua Sun  (孙振华) & Feng Li  (李峰)
Nature Catalysis  Published:15 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-026-01525-8

リチウム変換電池触媒の新設計原理を提案(Researchers Suggest New Design Principle for Lithium Conversion Battery Catalysts)

Abstract

Batteries based on redox chemistry, such as lithium–sulfur and lithium–oxygen, can store more energy than conventional lithium-ion batteries. However, their chemical reactions are limited by sluggish and incomplete conversion reactions, especially those involving insulating solid intermediates (for example, Li2S2 and Li2O2), in which electrocatalysts play a decisive role. Here, through a large-scale theoretical analysis, we propose an electronic property criterion that emphasizes the efficient conduction of ions and electrons as essential for high catalytic activity. Guided by this insight, we have designed a CoCo dual-atom catalyst that accelerates the conversion of solid insulating Li2S2 and Li2O2 intermediates by effective orbital coupling, making these intermediates conductive and catalytically active. This strategy enables the fabrication of high-energy lithium–sulfur pouch cells at the ampere hour scale, achieving a specific energy of 459 Wh kg−1. Our results extend the fundamental understanding of rate-determining solid-phase reactions in redox chemistry and provide principles for the design of electrocatalysts for use in energy storage systems.

0402電気応用
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