科学者は全固体電池を加熱することで抵抗を減らします。
東京工業大学、産総研、山形大学の研究者らがその低い電気抵抗を回復する戦略を導入し、全固体電池が次世代エレクトロニクスの原動力となることに一歩近づいている。 また、根底にある還元メカニズムも調査し、全固体リチウム電池の仕組みをより根本的に理解する道を切り開きます。
従来のリチウムイオン電池では、高エネルギー密度、急速充電、長サイクルが要求される電気自動車などの先進技術の基準を満たせなくなったため、全固体リチウム電池が材料科学および工学分野で新たなブームとなっている。生きています。 全固体電池は、従来の電池のような液体の電解質の代わりに固体の電解質を使用しており、これらの規格を満たしているだけでなく、短時間で充電できるため比較的安全で便利です。
ただし、固体電解質には独自の課題があります。 正極と固体電解質の界面では、その原因がよくわかっていない大きな電気抵抗を示すことが分かりました。 さらに、電極表面が空気にさらされると抵抗が増加し、電池の容量や性能が低下します。 抵抗を下げるためにいくつかの試みが行われましたが、抵抗を 10 Ω cm まで下げることはできませんでした。2 (オームセンチメートル二乗)、空気にさらされていない場合に報告された界面抵抗値。
さて、で発表された最近の研究では、 ACS Applied Materials＆Interfaces東京工業大学の一杉太郎教授と東工大博士課程の学生小林茂率いる研究チームは、この問題をついに解決したかもしれない。 低い界面抵抗を回復するための戦略を確立し、この低減の根底にあるメカニズムを解明することで、チームは高性能全固体電池の製造に貴重な洞察を提供しました。 同研究は、東京工業大学、産業技術総合研究所（産総研）、山形大学による共同研究の成果である。
まず、チームはリチウム負極であるLiCoOからなる薄膜電池を準備しました。2 正極とLi3PO4 固体電解質。 電池の製造が完了する前に、チームは LiCoO を露出させました。2 表面から空気、窒素 (N2）、酸素（O2）、二酸化炭素（CO2）、水素（H2)、水蒸気 (H2O) 30分間。
驚いたことに、彼らはNへの曝露により、2、O2、CO2、およびH2、露出していないバッテリーと比較してバッテリーの性能は低下しませんでした。 「Hだけ2O蒸気はLiを強力に劣化させます3PO4 – リコオ2 界面の抵抗が大幅に増加し、露出していない界面の 10 倍以上になります」と一杉教授は言います。
次に、チームは「アニーリング」と呼ばれるプロセスを実行しました。このプロセスでは、サンプルが電池の形、つまり負極が堆積された状態で 150°C で 10.3 時間の熱処理を受けました。 驚くべきことに、これにより抵抗が XNUMX Ω cm まで減少しました。2、未露出のバッテリーに匹敵します。
研究チームは、数値シミュレーションと最先端の測定を実行することにより、この減少がLiCoOXNUMX内からのプロトンの自発的除去に起因する可能性があることを明らかにした。2 アニーリング中の構造。
「私たちの研究は、LiCoO 内の陽子が2 構造は回復プロセスにおいて重要な役割を果たします。 こうした界面の微細過程の解明が全固体電池の応用可能性を広げることにつながることを期待しています」と一杉教授は締めくくった。
