2019 年度研究成果報告書

超高容量なリチウム空気電池セルを実現するカーボンナノチューブシート空気極の研究

研究課題

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研究課題/領域番号	17K18346
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	構造・機能材料デバイス関連化学
研究機関	国立研究開発法人物質・材料研究機構
研究代表者	野村晃敬国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (30746160)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	リチウム空気電池 / カーボンナノチューブ / 空気極 / 正極
研究成果の概要	リチウム空気電池の開発によって蓄電池の圧倒的な小型軽量化と高容量化が可能である。しかし実際のリチウム空気電池セルは充放電が不安定で、セル容量、充放電サイクル数ともに引き出すことが困難である。本研究では、様々なリチウム空気電池正極材料の中でも特に高いセル容量が得られるカーボンナノチューブに着目し、正極開発に取り組んだ。シート状のカーボンナノチューブ正極の空孔率を高めることによって充放電反応が安定化し、セル容量、レート特性、充放電サイクル数を大幅に改善できることが分かった。
自由記述の分野	電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	再生可能エネルギーの本格的な普及には膨大なエネルギーの生産・供給の平準化が必要であり、そのために蓄電池の抜本的な高容量化が求められている。リチウム空気電池はリチウムイオン電池の5-10倍程度のエネルギー密度を見込めることから開発が期待されている。しかしながら実用に耐える充放電特性を発揮するリチウム空気電池セルが存在せず、電池材料あるいはセル設計においてどこが電池特性のボトルネックとなっているのか明確化することが求められている。その中で本研究は正極の空孔度を高め電極内の酸素拡散を容易にする材料設計が電池特性の改善に資することを明らかにした。