05 2月

【論文紹介】Approaching Ultrastable High‐Rate Li–S Batteries through Hierarchically Porous Titanium Nitride Synthesized by Multiscale Phase Separation – Lim – 2019 – Advanced Materials

出典:https://onlinelibrary.wiley.com/

Advanced Materials doi: 10.1002/adma.201806547
・LiS電池の硫黄ホストとしてのマルチスケール多孔質窒化チタン(h-TiN)の提案。
・多孔質のLiS電池ホスト剤に硫黄を充填する方法は他にも試みられているが、本提案は多孔質をマルチスケールにしたTiNを提案。
・大きな穴に硫黄を充填し、より微細な細孔はポリスルフィドの溶解を抑制する。
・結果、h-TiN / Sは5 Cレートで1000サイクル後も557 mAh/gの可逆容量を示し、1サイクルあたりの容量低下はわずか0.016%であることを確認した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201806547

海外では硫黄とリチウム金属に最近注目が集まっているように感じる。燃料電池や全固体電池のように、昔から定期的にブームになる。ブームになった背景を分析してみると、いろいろ見えてくるものがある。

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04 1月

【論文紹介】A layered-spinel lithium manganite hydrate for high-capacity and ultrafast lithium storage – ScienceDirect

出典:https://bioage.typepad.com/

Journal of Power Sources, Volume 413, Pages 441-448 doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.12.067.
・精華大の研究者らが、高容量で高入出力特性を達成する新規な層状スピネルマンガン酸リチウム水和物を合成した。
・層中の水和水の存在により、層状スピネル相中のイオン輸送速度が向上する。
・無秩序な界面と構造は容量を増加させ、サイクル性能を向上させる。
・強い構造骨格を有するスピネル相はサイクル安定性に寄与する。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775318314186?via=ihub


◯解説:
Mnスピネルが、自動車などに採用する際に問題になるのが溶出である。特に高温で溶解のしやすい。この研究がその問題を解決しているのであれば大きなブレイクスルーであろう。

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14 11月

【論文紹介】Li-ion battery material under high pressure: amorphization and enhanced conductivity of Li4Ti5O12 | National Science Review

出典:https://abm-website-assets.s3.amazonaws.com/

National Science Review, nwy122, https://doi.org/10.1093/nsr/nwy122
・チタン酸リチウム(Li4Ti5O12, LTO)の相安定性および導電率の研究についての報告。
・非常に高い圧力において、LTOのスピネル構造がひずみ始め、最終的に非晶質となる。
・この非晶質構造は、結晶質と比べて高い導電性を示す。
・ 理論計算により、高圧で誘起された非晶質相は、イオンマイグレーション欠陥が生じることで、Li+拡散を顕著に促進し、そのイオン伝導性を増加させることができることを明らかにした。
<元記事>https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwy122/5146474?searchresult=1

<X’s EYE> 
◯解説:
チタンを含む材料は電気伝導性を研究する材料に適している。d軌道に占有する電子が0もしくは1であり、多電子の相関を受けにくい。イオン伝導に関しては、固体中のイオン伝導はホッピング伝導であり、障壁とサイトの欠陥の状態が重要である。そのような、

   
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22 8月

【論文紹介】Monolithic All-Phosphate Solid-State Lithium-Ion Battery with Improved Interfacial Compatibility

出典:https://pubs.acs.org/

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10 (26), pp 22264–22277;DOI: 10.1021/acsami.8b05902
・全固体電池の界面抵抗の低減を目的に、電解質、正極、負極の全ての材料をリン酸系の化合物にした。
・具体的には、高密度に焼結した Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固体電解質に、スクリーン印刷によって LiTi2(PO4)3負極と、Li3V2(PO4)3正極を賦与した。
・これらの材料は機械的安定性、電気化学安定性の相性により選択されており、正負極それぞれの酸化還元電位は固体電解質の電位窓とほぼ一致する。
・この全固体電池は、120Wh/kgのエネルギー密度で、0.39Cで500サイクル後に84%の容量を維持した。
・さらに、リン酸塩系化合物の酸素感受性が低いため、大気中でオペレーション可能である。
<元記事>https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b05902

27 7月

【論文紹介】Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage | Nature

出典:https://www.nature.com/

Naturevolume 559, pages556–563 (2018)
・電池の入出力特性を向上させるためには、一般的には活物質の小粒径化が行われるが、この方法では、体積充填密度の低下、副反応量の増加、コストの増加など課題がある。
・本報告では結晶学的せん断構造をとるNb16W5O55とブロンズ型構造をとるNb18W16O93という2種類のニオブ・タングステン複合酸化物を合成した。
・これらの複合酸化物の活物質は500Ah/Lの体積エネルギー密度を有し、その固体内リチウムイオン拡散係数はLTOやLMOなど一般的な活物質に比べて数桁高いことを確認。
・このイオン拡散係数が高い理由は、これらの酸化物は、酸素の「柱(pillar)」によってリチウムイオン伝導経路が開かれて保持された構造であり、リチウムイオンが3次元で移動することを可能にするためである。
・その結果、マイクロメートルサイズの活物質が数分で完全にリチオ化できることを確認した。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41586-018-0347-0

12 7月

【論文紹介】A Rechargeable High‐Temperature Molten Salt Iron–Oxygen Battery

ChemSusChem, 2018; 11 (11): 1880 DOI: 10.1002/cssc.201800237
・高ネルギー密度の溶融塩鉄ー空気電池について。
・溶融炭酸塩と固体酸化物の二相電解質を含む低コストかつ高温動作の鉄 – 酸素二次電池についての報告。
・固体酸化物燃料電池と溶融金属空気電池のメリットを融合し、エネルギー容量を損なうことなく反応速度と出力能力を大幅に改善した。
・これにより、エネルギー密度 388.1 Wh/ L, 出力密度 21.0 kW/ Lを達成した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cssc.201800237

06 7月

【ニュース】キャタラー 車載用LiB出力向上 負極材を開発 | 化学工業日報

・自動車排ガス浄化触媒で国内首位のキャタラー(静岡県掛川市、砂川博明社長)は、車載用リチウムイオン電池の出力向上に寄与する負極材料を開発した。
・細孔径の制御などによりリチウムイオン電子を選択的に吸着できる炭素材料で、とりわけ低温環境下における出力向上を期待できる。
・セルメーカーなどとサンプルワークを実施しており、2020年代初頭の実用化を目指す。
<元記事>https://www.chemicaldaily.co.jp/キャタラー 車載用lib出力向上 負極材を開/

28 6月

【論文紹介】A 3‐D Organically Synthesized Porous Carbon

出典:http://bioage.typepad.com/

Angew. Chem. Int. Ed. doi: 10.1002/anie.201805924
・英国のランカスター大学と中国の吉林大学らの研究チームは、新規炭素材料OSPC-1を合成した。
・OSPC-1はsp-sp3混成多孔質炭素であり、グラファイトと比較して2倍以上の容量、2倍の速度で充電できることを確認。
・100回以上の充放電サイクルをテストしても劣化の兆候はなく、OSPC-1のオープンフレームワーク構造が堅牢であることを確認。
・また、デンドライトを生じにくい。
・ただし、現段階ではコストがグラファイトよりも高いため、宇宙衛星や航空機のような安全性が重要視されるようなアプリケーションから導入される可能性が高いとのこと。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201805924

24 6月

【論文紹介】High-energy, fast-charging, long-life lithium-ion batteries using TiNb2O7 anodes for automotive applications

出典:https://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources Volume 396, 31 August 2018, Pages 429–436
・最近のニュースでも話題となった東芝のニオブを用いた負極材についての報告。
・Li4Ti5O12(LTO)の高容量、急速充電、および長寿命を有する代替負極としてTiNb2O7(TNO)負極について。
・LTO負極と比較して、2倍以上の容量、長い寿命、高いレート性能を示す。
・LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM)正極と組み合わせたEV用大型電池では、350Wh/Lのエネルギー密度、10kW/Lの入力特性、SOC0~90%までたった6分で急速充電できることを確認した。
・SOC0~100までを1Cで7000サイクル充放電した後の容量維持率は90%で、高い耐久性を実証した。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318306554

27 5月

【論文紹介】Block copolymer derived 3-D interpenetrating multifunctional gyroidal nanohybrids for electrical energy storage

出典:http://pubs.rsc.org/

Energy Environ. Sci., 2018,11, 1261-1270 ; DOI:10.1039/C7EE03571C
・コーネル大学の研究チームによる超急速充電が可能な新構造の二次電池の提案。
・ブロック共重合体の自己組織化を利用して、三次元的な連続気孔を有するらせん構造の炭素材(負極)を作成。
・この炭素材は40nmのオーダーでナノスケールの連続的な微多孔を有しており、その表面に電解重合により10nmのセパレータを形成する。
・電解重合プロセスを用いることで、ショートの原因となるピンホールの発生を抑制できる。
・更にその上に、孔を埋めるように硫黄と導電性ポリマーであるPEDOTを配置する。
・これにより、正負極が連続的に、且つ三次元的に入り組んだ状態の電池構造が形成できる。
・このようにして作製した新構造の電池は超急速充電が可能で、安定した開回路電圧、可逆的充放電を行うことができた。
<元記事>http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c7ee03571c#!divAbstract