蓄電池の充放電特性を改善する基礎技術を開発：PHEV／PV向け、Li電池の性能を凌駕する（2/2 ページ）

[馬本隆綱，EE Times Japan]

アニオンレセプターでサイクル特性を改善

　今回の研究ではまず、添加剤（アニオンレセプター）を活用することで、サイクル特性を大幅に向上させた。具体的には、金属フッ化物電極材料において、放電で生成される固体のフッ化リチウムが、適度に電解液に溶解するような添加剤（フッ素に結びつくアニオンレセプター）を加えた。これにより電極を活性化することができ、課題となっていた充電性能を高めることができたという。

金属フッ化物電極（FeF₃）のサイクル特性に与えるアニオンレセプターの効果 出典：NEDO、京都大学

　次に研究グループは、大容量の硫化物電極材料を開発し、大型放射光施設「SPring-8」における高エネルギーX線回折を適用して、その反応機構を解明した。リチウム硫黄電池系ではこれまで、放電によって正極材料の硫黄が電解液に溶解するため、充電を行うことができなかった。ところが、硫黄を金属と共有結合した非晶質な金属硫化物として固定化したところ、充放電で硫黄原子同士の結合が形成／解離することが分かった。

硫黄電極（左）と非晶質金属硫化物電極（右）における充放電時の挙動 出典：NEDO、京都大学

　さらに研究グループは、マイナス電荷を持つハロゲン化物イオンの移動に注目した。今回は多電子移動によって高容量を実現可能とするハロゲン化物蓄電池を提案、その作動検証を行った。

　塩化物系では、溶解性の低い電解液を用い、電解質塩を高い濃度にした。これにより、電極反応生成物が電解液に溶解しすぎるという課題を解決するなど、電極−電解質界面で起こるイオンの移動をナノレベルで制御する技術の開発に成功した。

　フッ化物系では、イオン伝導性が高い固体電解質を用いた全固体電池のモデル薄膜セルを利用した。電極―電解質界面をナノレベルで制御することで、これまで不活性といわれてきた材料の活性化を可能とし、高い充放電容量を得られることが分かったという。

フッ化物全固体型薄膜セルの模式図（左）とサイクル特性 出典：NEDO、京都大学