酸化物全固体電池向けに低温焼結可能な材料を開発し、室温作動を実現

安全で高容量な全固体電池実現へ前進

ポイント

・酸化物全固体電池の製造は「異種材料間の反応回避」と「緻密焼結体の実現」両立が課題
・既報より250ºC以上の低温焼結でも同等の密度とイオン伝導率を実現する独自材料を開発
・高いイオン伝導率を生かして室温での繰り返し作動が可能なことを確認

概要

 酸化物固体電解質を用いた全固体電池は、発火や有毒ガス発生のない安全性の高い電池です。しかしながら、このような電池では電池材料間を接合するために高温焼結(≥ 1000°C)が必要であり、この高温プロセス中に電極材料と固体電解質が反応してしまうために電池化が困難でした。
 九州大学大学院総合理工学府博士課程3年(兼 株式会社デンソー)の林真大、総合理工学研究院の渡邉賢准教授、島ノ江憲剛教授、国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS)の高田和典博士、大西剛博士らの研究グループは電解質の1種であるLi₇La₃Zr₂O₁₂(LLZ)において、汎用的なセラミックプロセスにおける焼結温度を750℃に低温化することに成功しました。従来の低温化技術では背反としてイオン伝導率の低下がありましたが、今回開発した材料では,750°Cでの焼結にもかかわらず、室温でのイオン伝導率が1.2×10-3 S/cmと既存の酸化物系固体電解質のなかでもトップレベルのイオン伝導率を実現しました。今回開発した材料は、LLZと焼結助剤をナノレベルで複合化したものです。この複合化においては、助剤とLLZの濡れ性・助剤へのLLZの溶解度に着目し、LLZへの添加元素や助剤を構成する元素を最適化しました。複合化する助剤量によって焼結性や、イオン輸送経路のボトルネックサイズを調整可能であることを突き止めました。さらに開発した材料を用いて全固体電池を作製し、室温環境において80サイクルにわたって充放電可能であることを実証しました。これまでに報告されたLLZを用いた電池の多くは内部抵抗が高く,60ºC以上でないと動作しませんでしたが、本研究における全固体電池は室温での動作も可能であり,実用化に大きく近づいたものということができます。
 本研究成果は英国王立科学会誌「Journal of Materials Chemistry A」に2023年6月14日(現地時間)に掲載されました。

詳細

詳細は九州大学プレスリリースをご参照ください。

東南アジアのアリ類の起源と種分化パターンを解明

「第11回九州大学芸術工学部大公開!~デザインの未来へようこそ~」開催

関連記事

  1. 励起状態における対称性の破れが光物理特性を制御

    ~ヤーン・テラー歪みによる励起状態の局在化を10フェムト秒の超高速分光で観測…

  2. 第103回アジア・オセアニア研究教育機構(Q-A…

    九州大学 水素エネルギー国際研究センター 西原 正通 教授九州大学アジ…

  3. エネルギーの脱炭素化に向けた研究事業

    エネルギーの脱炭素化に向けた研究事業へのご支援のお願い 地球温暖化を…

  4. AIが「理想の主翼」を自律設計、計算コスト1/1…

    ―水素・アンモニア燃料機など脱炭素機の開発加速に期待―工学研究院下山…

  5. マイクロ波フロー反応装置による糖の触媒的加水分解…

    ~マイクロ波磁場フロー反応によるスルホン化活性炭触媒の活性向上~農学研究…

  6. 世界初、原発から放出された放射性セシウム原子の可…

    理学研究院宇都宮 聡 准教授福島第一原発炉内に残るデブリの性状把握に…

  7. THEサステナビリティ・インパクト・レーティング…

    -九州大学は「SDG9イノベーション」で世界26位―6月24日(…

  8. 「フレキシブル有機環境発電デバイスの開発と実用展…

    株式会社リコー(社長執行役員:大山 晃)と国立大学法人 九州大学(総…