リチウムイオンより軽いリチウム空気電池、“現段階で考えうる最良の正極”が見つかる

グラフェンメソスポンジ

　東北大学をはじめ、複数の大学や研究開発機構からなる研究グループは11月14日、リチウム空気電池向けに、高容量とサイクル寿命の両立を実現したカーボン正極の新材料「グラフェンメソスポンジ(GMS)」を提案したと発表した。

　リチウム空気電池は、単位重量あたりに蓄えられるエネルギー量が高く、リチウムイオン電池の数分の1の重さで同等のエネルギーを実現できるため、ドローンやIoT機器、家庭用蓄電への応用が期待されている一方で、電池内部で正極、負極、電解液のすべてが激しく劣化するため、十数回程度しか可逆的充放電ができないことが大きな課題となっていた。

　今回研究グループでは、あらゆるカーボン材料を構成する基本構造であるグラフェンに着目。化学的特徴に基づき、カーボン新素材のGMSを用いることで、理想の正極構造を提案。これによりこれまでにない超高容量とともに、サイクル寿命の両立に成功したという。

　具体的には、電池を軽くするためにグラフェンの積層を排除し、サイクル寿命を向上させるために劣化サイト(エッジ)の排除を行なうためにGMSを提案した。特に、グラフェンの端であるエッジはカーボン電極の劣化の起点となるため、これを排除することで電池の安定化が図れる。また、豊富な細孔容積も確保しているため高容量を達成でき、カーボン正極の1つの理想形であるとしている。

　ただ、現段階で考えうる最良のカーボン正極の構造を実現した今回の研究結果を用いたとしても、21回程度しか充放電できなかったという。これは負極と電解液が激しく劣化するためだとしており、今後そちらの改良が期待される。