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挑战终极Li-S电池
全固体二次电池中还出现了正极采用硫、负极采用金属锂的全固体Li-S电池试制案例。如上所述,Li-S电池的理论能量密度非常高。但因存在硫会溶解于电解液中等课题,开发一直未取得进展。
试制全固体Li-S电池的,是日本东北大学金属材料研究所氢功能材料工学研究部门教授折茂慎一的研究室(图11)。采用的电解质材料为络合氢化物硼氢化锂(LiBH4)。
图11:利用固体电解质挑战Li-S电池
东北大学折茂研究室开发的利用LiBH4作为电解质的Li-S电池及其正极与电解质界面的SEM照片。在手套箱内拿着电池的是折茂研究室主导开发的宇根本。(图(c)由东北大学折茂研究室拍摄)
LiBH4的优点包括:比较柔软、容易顺应电极界面的凹凸、即使硫与金属锂接触也很稳定、120℃下的锂离子电导率高达2×10-3S/cm。
制作直径为数mm的全固体Li-S电池时,能量密度约为700Wh/kg,获得了非常高的值注9)。而且,在至少充放电循环45次后,放电容量没有降低太多注10)。
注9)东北大学的发布资料中记录的数值为1410Wh/kg,不过这是因为,为了评测硫的利用率,忽略了正极混合的碳材料的质量,仅表示了硫的数值。
注10)据宇根本介绍,45次充放电循环的确认花了两个月时间。进一步的结果将在今后发布。
在采用电解液的Li-S电池研究中,通过把硫密封在由石墨烯等特殊结构碳材料构成的“密闭环境”内,以防止硫泄漏的尝试在不断进行中。另外,此次作为导电助剂,仅利用碳微粒与硫微粒的混合材料构成了正极。如果能由此实现稳定的循环特性,对蓄电池的冲击会非常大。
某研究人员指出,课题是“氢化物可能会释放氢气”。对此,东北大学的折茂介绍说,“温度在300℃以上时会释放氢气,120℃左右则没有问题”。
另外还存在一个课题,即温度在110℃以下时,LiBH4会发生一种相变,导致锂离子电导率降低近3位数注11)。对此,主导开发的东北大学折茂研究室讲师宇根本笃表示,“这类材料中有很多结晶构造等各不相同的材料,有望发现在更低的温度下实现高锂离子电导率的材料”。(记者:野泽哲生)
注11)温度在110℃以上时锂离子电导率较高是因为,LiBH4中的BH4构成了四面体,这种四面体会像旋转门一样旋转来帮助锂离子移动。而在110℃以下时,该四面体不会旋转。
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