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東大、新しい原理の蓄電池を開発 エネルギー密度がリチウムイオン電池の7倍

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東京大学大学院 工学系研究科の水野哲孝教授らの研究グループは、日本触媒との共同研究により、現行のリチウムイオン電池の7倍もの高エネルギー密度を可能とする、新原理の二次電池システムの開発に成功した。従来のリチウムイオン電池の理論的限界を超え、電気自動車用や定置用への実用が期待できる次世代二次電池として、リチウムイオン電池の低価格化、安全性が期待できる。

今回開発された新原理は、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した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ることで実証された。

新型電池システムの放電反応の模式図

新型電池システムの放電反応の模式図。
正極で過酸化リチウムと酸化リチウムの間の酸化還元反応を利用する

充放電可能な二次電池はモバイル機器の電源としてだけでなく、電気自動車用など移動型の需要も高まっている。また、電力供給安定化や再生可能エネルギーを有効活用するため、定置用大型二次電池の開発が必要とされている。

現在広く用いられている二次電池のリチウムイオン電池は、エネルギー密度、容量には理論的な限界がある。またコバルトなどの高価な金属を主成分とするため、その使用量の低減によるコストの低下が求められる。

一方で、次世代二次電池として研究が進められているリチウム空気電池は、理論上では最大のエネルギー密度を有するが、放電反応時に正で酸素を還元して過酸化リチウムまたは酸化リチウムを生成する解放構造であることから、空気に触れることにより品質が安定しないという問題点を抱える。

今回開発された新原理の二次電池システムは、従来のリチウムイオン電池と同様の密閉型構造となるため、品質や安全性に優れる。また、コバルト使用量の低減による低価格化も期待される。

同研究チームは、現段階では作動原理の実証が完了し、今後は実用化にむけた研究を進める構えだ。なお、本研究成果は英国科学雑誌「Scientific Reports」オンライン版で7月14日に発表された。

なお、この研究は日本学術振興会の最先端研究開発支援プログラムの助成を受けて実施された。

【参考】
東京大学工学部 - 固体内酸素を利用した新原理電池の開発

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