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新原理の革新的二次電池システム実証

掲載日:2014年7月17日

リチウムイオン電池の性能を大きく超える新原理の革新的な二次電池システムの実証に、東京大学大学院工学系研究科の水野哲孝(のりたか)教授らが成功した。正極で固体内の酸化物イオンと過酸化物イオンの間の酸化還元反応を利用する新原理に基づいており、理論的には現在のリチウムイオン電池の7倍ものエネルギー密度に達する。日本触媒(大阪市)との共同研究で、7月14日の英科学誌サイエンティフィックリポーツに発表した。

研究グループは、酸化リチウムの結晶構造内にコバルトを添加した物質を正極に用いて、充放電反応で過酸化物が生成、消失することを示し、新原理の電池システムを実証した。実証試験に用いた正極は、繰り返し充放電が可能で、大電流による高速な充放電にも対応できることを確かめた。

この電池システムは従来のリチウムイオン電池の理論的限界を超える高エネルギー密度、高容量を実現できる。高価なコバルトの使用量もリチウム1個に対して0.1個にすぎないが、さらに減らしていけば、大幅なコストダウンも期待できる。「電気自動車用などで拡大する二次電池の主役となりうる」としている。

現段階では新原理の電池の作動実証を完了し、容量、エネルギー密度で現行のリチウムイオン電池と同程度の性能に達している。今後は電極中の過酸化物の状態、コバルトの役割を明らかにし、電極の最適化を進めて理論容量に近づけることを目指す。電池の安全性や耐久性などの総合的評価を重ね、革新的二次電池としての実用化に取り組む。この研究は、内閣府の最先端研究開発支援プログラム(FIRST)で実施した。

研究グループの日比野光宏東京大学上席研究員は「正極で起こる反応に、酸化物イオンと過酸化物イオンの間の酸化還元を利用したのが、既存の電池と違う新しさといえる。この電池システムは原理的に、従来よりかなり大きな電気量を取り出せるので、現在のリチウムイオン電池を超える二次電池として有望だ」と話している。

新原理電池システムの放電反応の模式図
図1. 新原理電池システムの放電反応の模式図

新電池システムの充放電プロファイル。充電過程での過酸化物の生成と、放電過程の過酸化物の消失を確認。
図2. 新電池システムの充放電プロファイル。
充電過程での過酸化物の生成と、放電過程の過酸化物の消失を確認。
(いずれも提供:水野哲孝東京大学教授)
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