2014年3月24日
山田裕貴 学際融合教育研究推進センター触媒?電池元素戦略研究拠点ユニット拠点助教（東京大学工学系研究科助教）、山田淳夫 同拠点教授（東京大学工学系研究科教授）、袖山慶太郎 同特定研究員、館山佳尚 同拠点准教授（物質?材料研究機構グループリーダー）らのグループは、リチウムイオン電池の急速充電、高電圧作動を可能にする新規な電解液を開発しました。
この研究成果は、米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」（2014年3月24日米国東部時間0時）のオンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
二次电池の构成材料のうち、これまで大きな技术革新のなかった电解液に着目し、二次电池の大幅な高性能化に资するような新世代电解液系の开拓をテーマとして研究を行ってきました。その中で発见した「超高浓度电解液」は既存电解液材料を大きく超える性能を有し、极めて短时间での急速充电が可能な5痴级の高电圧リチウムイオン电池の开発が加速すると期待されます。
今后は、実用スケールの二次电池における评価を行い、実用化を加速させていくとともに、さらなる高性能二次电池の実现のため、より高机能な电解液材料の探索を行っていく予定です。加えて、本研究で提唱した「超高浓度溶液」が秘める新机能の开拓を行うとともに、スーパーコンピュータ「京」を利用した机能発现メカニズムの追究を引き続き行い、「超高浓度溶液」の新学问领域としての确立を目指します。
ポイント
- リチウムイオン电池の急速充电、高电圧作动を可能にする新规な电解液を开発し、スーパーコンピュータ「京」を用いて作动メカニズムを解明
- この电解液は、超高浓度のリチウムイオンを含む「浓い液体」であり、「高浓度＝反応が遅く电解液に适さない」という通説を覆した。
- この电解液を応用することで、従来の3分の1以下の时间での急速充电や电気自动车等への実用に耐えうる高电圧で作动するリチウムイオン电池が実现可能となる。
概要
电気を蓄え、必要なときに取り出すことのできる二次电池は、电気自动车やスマートグリッドなど省エネルギー社会実现の键を握る中核技术です。现状、最も优れた二次电池はリチウムイオン电池ですが、充电时间の短缩や高电圧作动が喫紧の课题となっています。特にリチウムイオン电池を构成する要素のうち、电解液の材料は20年以上も、ほぼ同一组成のものが用いられており、革新的な电解液材料を开発することができれば、リチウムイオン电池の飞跃的な性能向上も现実性を帯びます。
今回、研究グループが开発したリチウムイオン电池の急速充电、高电圧作动を可能にする新规の电解液は、従来の4倍以上となる极めて高い浓度のリチウムイオンを含む「浓い液体」であり、既存の电解液にはない「高速反応」と「高い分解耐性」という新机能を有します。また、この新规な电解液の机能は、特殊な溶液构造によるものであることをスーパーコンピュータ「京」を用いたシミュレーションにより明らかにしました。
本研究により开発した电解液は、既存材料の性能を大きく上回る新世代の电解液としてリチウムイオン电池に応用でき、従来の3分の1以下の时间で急速充电が可能となるとともに、现状の3.7痴を超え、电気自动车やスマートグリッドへの実用に耐えうる5痴级の高电圧作动への道を拓くものです。
研究成果のイメージ図
电解液（右侧）から负极（左侧）へリチウムイオン（橙色球）が移动することで、リチウムイオン电池の充电が行われる。この反応には电解液として、エチレンカーボネート溶媒が必须とされていたが、本研究の成果により「浓い电解液」では多种多様な溶媒が使用可能となった。本研究で开発した电解液では、この反応が极めて高速で起こるため、従来の1／3の时间での急速充电が达成できる。
详しい研究内容について
濃い液体が秘める新機能を発見、新世代の電解液へ －電池の充電時間が1／3以下に－
书誌情报
[DOI]
Yuki Yamada, Keizo Furukawa, Keitaro Sodeyama, Keisuke Kikuchi, Makoto Yaegashi, Yoshitaka Tateyama, and Atsuo Yamada
"Unusual Stability of Acetonitrile-Based Superconcentrated Electrolytes for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries"
Journal of the American Chemical Society 136 (13), pp 5039–5046
Published: March 23, 2014
掲载情报
- 産経新聞（3月30日東京版 3面）および日刊工業新聞（3月31日 26面）に掲載されました。
