ソフトバンクら、「リチウム空気電池」開発。容量はリチウムイオンの数倍

物質・材料研究機構(NIMS)は、ソフトバンクと共同で、現行のリチウムイオン電池の重量エネルギー密度(Wh/kg)を大きく上回る500Wh/kg級リチウム空気電池を開発し、室温での充放電反応を実現した。現時点で世界最高レベルのエネルギー密度を実現しているという。

リチウム空気電池は、正極活物質として空気中の酸素を用い、負極にはリチウム金属を用いることによって、理論重量エネルギー密度が現行のリチウムイオン電池の数倍に達する「究極の二次電池」とされる。軽くて容量が大きいことから、ドローンや電気自動車、家庭用蓄電システムなど幅広い用途が期待されている。

重量エネルギー密度とは、単位重量当たりの電池の容量で、この値が大きいほど、同じ重量でもより多くのエネルギーを電池に蓄えることが可能になる。

NIMSは、科学技術振興機構(JST)の高容量蓄電池の研究開発加速を目的に発足したプロジェクト「ALCA次世代蓄電池(ALCA-SPRING)」の支援のもと基礎研究を進めていたが、2018年にソフトバンクと共同で「NIMS-SoftBank先端技術開発センター」を設立。携帯電話基地局やIoT、HAPS(High Altitude Platform Station)などに向けた実用化を目指し研究を行なってきた。

リチウム空気電池は理論的には非常に高いエネルギー密度を持つが、従来のリチウム空気電池の特性評価で一般的に使われてきた電池は、セパレータや電解液といった電池反応に直接関与しない材料が電池重量の多くの割合を占め、実際に高いエネルギー密度のリチウム空気電池を作製・評価した例は限られていたという。

今回の成果は、ALCA-SPRINGが開発した「多孔性カーボン電極」やレドックスメディエーター含有の電解液など独自素材に、NIMS-SoftBank先端技術開発センターが開発した、電解液注液技術や電極積層技術などによる高エネルギー密度リチウム空気電池セル作製技術を適用したもの。現行のリチウムイオン電池のエネルギー密度を大きく上回る500Wh/kg級リチウム空気電池の室温での充放電反応を世界で初めて実現した。

今後は、500Wh/kg級リチウム空気電池に、開発中の改良材料群を搭載することで、サイクル寿命の大幅増加を図り、リチウム空気電池の早期実用化を目指す。