リチウム電池 (LIB) は、その高いエネルギー密度と長いサイクル寿命により、過去数十年にわたってモバイル電子機器や機械に電力を供給するための標準となってきました。 ただし、時間の経過とともにストレージやストレージの問題も発生します。 そのため、より優れたバッテリーが緊急に必要とされています。

東京大学は、リチウム電池用の新しい特殊な電極と電解質を開発し、この問題を解決し、金属コバルトを使用せずに平均電圧4.3Vの新しいリチウム電池を実現し、開発が進められています。 1,000 回以上の完全充放電サイクル後も良好なバッテリー容量を維持でき、バッテリーのエネルギー密度は以前より 60% 向上しており、これは過去には想像できなかったことでした。

このリチウム電池の負極は酸化ケイ素（SiOx）、正極はリチウムニッケルマンガン酸化物（LiNi0.5Mn1.5O4）、電解質はリチウムビストリフルオロメタンスルホニルアミド（LiFSI）と炭酸メチル（FEMC）です。

この最適化により、アノード表面の劣化を効果的に抑制することができ、また、電解質は溶解しやすいカソードを強力に抑制することができるため、電池全体の安定性が向上します。

さらに、実験者は、上記の高濃度（3.4 M）の電解液は、低濃度の電解液（1.0 M）と比較して、撹拌されたリチウムイオンと密接な関係を形成し、より安定することを発見しました。

また、充放電サイクルの安定性テストも実施しました。 実験の結果、高濃度の電解質を使用したバッテリーは80サイクル後もバッテリー容量の93%を維持し、放電効率は97%に達し、低濃度の電解質を使用したデータよりもはるかに高いことがわかりました。 また、高濃度電解液を使用した電池の電位は4.9Vに達し、100回の充放電サイクル後でも電池容量維持率は90％以上、放電効率も約99％と、低濃度電解液を使用した電池よりも優れています。濃度の高い電解質。

実験チームはまた、異なる濃度の電解質を使用して最適化したリチウム電池と通常の市販のリチウム電池で、300、500、1,000サイクルの充放電実験を同時に実施した。 その結果、高濃度の電解質を使用した新しいリチウム電池の方が性能が優れており、500回以上の充放電サイクル後でも電池容量の低下は無視できるほどであり、放電効率は約100％高いことがわかりました。 満充電状態で 1,000 回以上の長期充放電サイクルを繰り返した後でも、バッテリー容量は約 20% しか減少しません。 通常のリチウム電池の電圧 3.2V ～ 3.7V よりも優れており、充放電サイクルは 500 回しか完了できません。

同チームは、今後、電池の全体的な性能と安全性を向上させるために、電極組成と電池設計をさらに最適化および開発し、さまざまな極限環境において電池が常に通常の性能と動作を維持できるようにすると述べた。

また、コンゴ民主共和国の鉱山環境や劣悪な労働条件に関する報道など、リチウムイオン電池を改善する理由はたくさんあるとも述べた。 さらに、供給の観点から見ると、この地域の政治的・経済的不安定によりコバルトの供給源にも問題が生じている。 したがって、彼らはコバルトの使用を放棄したいと考えています。

東京大学大学院工学系研究科化学システム工学科教授 山田 篤氏（山田篤夫）は学校通信社に対し、「リチウムイオン電池の改良の過程でさまざまな副作用が発生し、電池寿命が大幅に短くなるが、我々はこの実験の結果に満足している」と語った。

同氏はさらに次のように続けた。「電極にリチウム、ニッケル、マンガン、シリコン、酸素の一般的な組み合わせを使用することで、コバルトの新たな代替品をついに発見しました。 ただし、安全性やバッテリーの使用性能については、まだまだ改良・改良が必要です。 一部の極端な環境では、バッテリーの品質に厳しい要件があるためです。

山田氏と彼のチームは、リチウムイオン電池の応用も模索しており、彼らが最近開発した新しいリチウム電池は、他の種類の電池や、水の分割による水素と酸素の生成、鉱石の生成など、他の電気化学プロセスや装置にも使用できる。精錬、電気メッキなどの用途に使用できます。

この新しい発明は10月末に発売されましたに発表されました「Nature」誌、8,000 回以上の閲覧数、20 以上のメディアで報道。

編集長: リアン・シュファ#