23 8月 2019

【論文紹介】Quantifying inactive lithium in lithium metal batteries | Nature

出典:https://media.springernature.com/

Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1481-z
・リチウム金属電池の容量劣化の原因の一つはSEI中に堆積する不活性リチウム(デッドリチウム)。
・従来まで、容量劣化(低クーロン効率)の原因はSEIの堆積によるものと考えられており、SEI層を制御および安定化するためのさまざまな方法の開発を行ってきたが、完全に解決できていない。
・今回、SEI中のリチウムイオンと不活性なリチウムメタルを分離して定量的に測定する手法を開発し、解析したところ、放電中のリチウム金属負極において、金属リチウムの一部が負極から分離し、SEI層中に取り残されていることが確認された。
・それにより、それらのリチウムメタルは、負極との電気的接続が切れ、その後の放電に寄与できないデッドリチウムとなり、クーロン効率を低下させる原因となっていることが明らかとなった。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41586-019-1481-z

個人的な感想になるが、このような内容がNatureに掲載されて嬉しさを覚えた。あたりまのことを確認しているように思えるが、学術の進化はこのような原理を一つ一つ確認していくことが重要だと思う。ただ単に数値を競うものだけでなく、このような研究が電池分野でも増えることを期待したい。

お気軽にご連絡ください。
●会員向けの購読依頼
まとめサイト担当:comment_x (at) arm-tech.jp
●電動化およびエネルギー関連の商品・サービス、電池戦略に関するご相談
大木:Hideki.Oki (at) arm-tech.jp

10 5月 2019

【論文紹介】Aqueous Li-ion battery enabled by halogen conversion–intercalation chemistry in graphite | Nature

出典https://www.nature.com/

Nature, 2019. DOI: 10.1038/s41586-019-1175-6
・460 Wh / kgのフルセルエネルギー密度で4V級の水系リチウムイオン電池を実証。
・正極にグラファイトとLiBr/LiClの複合電極を用いて、高濃度水系電解液「water-in-salt」、負極にもグラファイトを組み合わせた。
・正極反応では、臭化物イオンと塩化物イオンが酸化されてグラファイトにインターカレートされる。
・この反応は正極のエネルギー密度を970 Wh / kgに高められる。
・非常の高いエネルギー密度を水系電解液で達成したが、サイクル寿命、使用温度範囲には課題がある。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41586-019-1175-6

日本やアメリカなどではフッ素イオンに注目していた。活物質との相互作用が強く充放電させるのに様々な工夫をしていた。一方、この論文はイオン自体を変えることでこのような成果に至った。
製品になるかどうかは置いておいて、固定概念に縛られることがない発想が中国で増えてきたように感じる。新しい電気化学デバイスが生まれるかもしれない。

お気軽にご連絡ください。
●会員向けの購読依頼
まとめサイト担当:comment_x (at) arm-tech.jp
●電動化およびエネルギー関連の商品・サービス、電池戦略に関するご相談
大木:Hideki.Oki (at) arm-tech.jp

18 7月 2018

【論文紹介】Non-flammable electrolyte enables Li-metal batteries with aggressive cathode chemistries

出典:https://www.nature.com/

Nature Nanotechnology doi: 10.1038/s41565-018-0183-2
・リチウム金属の低電位と、LiCoPF4等の高電位正極を安定して用いることができる不燃性電解液。
・fluoroethylene carbonate(FEC)/3,3, 3-fluoroethylmethyl carbonate(FEMC)/1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2′,2′, 2′-trifluoroethyl ether(HFE) (FEC:FEMC:HFE, 2:6:2 by weight)の組成の電解液を用いた。
・この電解液はリチウムデンドライトの成長を抑制し、高クーロン効率でリチウムの析出溶解を可能にする。
・正極側では5〜10nm厚の中間層を形成するため、NMC811およびLCP正極でそれぞれ99.93%,98.81%のクーロン効率で充放電可能。
・Li/NMC811、Li/LCPのフルセルでは1000サイクル後に90%以上の容量を維持することを確認。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41565-018-0183-2

16 6月 2018

【論文紹介】High energy-density and reversibility of iron fluoride cathode enabled via an intercalation-extrusion reaction

出典:https://www.nature.com/

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 2324 (2018) 、doi: 10.1038/s41467-018-04476-2
・インターカレーション/コンバージョン反応により高い容量を示すフッ化鉄を元素置換することで充放電の可逆性を高めた。
・フッ化鉄中へカチオンであるコバルトとアニオンである酸素を共ドーピングしたナノロッドを作製した。
・カチオンとアニオンを共ドーピングすることで、熱力学的にコンバージョン反応電位を低下させ、充放電の可逆性を高められる。
・結果として、この材料は1サイクルあたりの劣化率が0.03%で、100Wh/kgの可逆容量を示した。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41467-018-04476-2

18 4月 2018

【論文紹介】Highly reversible zinc metal anode for aqueous batteries | Nature Materials

出展:https://www.nature.com/

Nature Materials (2018);doi:10.1038/s41563-018-0063-z
・亜鉛金属電池の高効率、高耐久化について。
・高濃度電解液(Water-in-salt)を用いることで、クーロン効率がほぼ100%で亜鉛をデンドライト形成無しで析出溶解可能であることを確認。
・LiMn2O4正極と組み合わせることで180Wh/kgのエネルギー密度で4000サイクル後に80%の容量を保持。
・空気正極と組み合わせることで、300Wh/kgのエネルギー密度で200サイクル以上繰り返すことができた。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41563-018-0063-z

04 4月 2018

【論文紹介】An artificial interphase enables reversible magnesium chemistry in carbonate electrolytes | Nature Chemistry

出典:https://www.nature.com/

Nature Chemistry (2018);doi:10.1038/s41557-018-0019-6
・多価カチオンが通り抜けることができるSEIを人工的に作成することで還元耐性のみが高い(酸化耐性の低い)電解液を用いる必要が無くなるために、高電圧正極と組み合わす事ができる、長寿命高エネルギー密度なマグネシウム電池についての報告。
・マグネシウム金属負極上に、ポリアクリロニトリルとマグネシウムの塩からなる人工SEIを形成することで、繰り返し可逆な充放電を行えることを確認した。
・さらに、Mg/ V2O5フルセルの耐久性が向上することを確認した。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41557-018-0019-6

12 11月 2017

【論文紹介】Flexible Aqueous Li-Ion Battery with High Energy and Power Densities

出典:https://techxplore.com/

Advanced Materials (2017). DOI: 10.1002/adma.201701972
・ “water-in-salt”ゲル電解質を利用した、安全でフレキシブルな水系リチウムイオン電池について。
・正極、負極ともに材料はLiVPO4Fを用いた対称セル。
・高速なLiイオン輸送を可能にするLi2CO3-LiFからなる疎水性のSEIを形成し、電極表面での水の電気分解を抑制する。
・そのため、水系電解液において2.4Vの電圧、141Wh/kgのエネルギー密度, 600W/kgの出力密度、4000サイクル以上の寿命を達成する。
・曲げや切断によっても高い安全性を示すだけでなく、動作し続ける。
<元記事>http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201701972/abstract
<電池をハサミで切るなどしても動作し続ける動画>https://techxplore.com/news/2017-11-scientists-safer-durable-lithium-ion-battery.html