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韓国化学研、リチウム金属電池の寿命と安全性を高める技術を開発

ソウル大学と共同で、リチウム金属電池用のゲル高分子電解質添加剤を開発


韓国化学研究院(イ・ギュホ院長)は同研究院のキム・ドンギュン博士チームがソウル大学校化学生物工学部のイ・ジョンチャン教授研究チームとの共同研究をつうじてリチウム金属電池用のゲル高分子電解質添加剤を開発したと10月18日に発表した。

リチウムイオン電池はノートパソコン、携帯電話など電子製品に広く使われているが容量と寿命の問題で電気自動車、エネルギー貯蔵システム(ESS)などへの利用が困難だった。こうした中、負極材に黒鉛のかわりにリチウム金属を使用するリチウム金属電池がリチウムイオン電池を代替し得る次世代二次電池として注目を集めている。

リチウム金属電池は充放電の過程でリチウム金属の表面に木の枝のような形の結晶が形成され、これが電池の寿命を短縮させ、火災や爆発など安全上の問題を起こす可能性がある点が短所だった。

研究チームはこの木の枝の形の結晶が成長するのを抑制するために既存の液体の電解質のかわりにフッ素系のゲル高分子電解質に窒化ホウ素(BN)を少量添加してリチウム金属電池の寿命と安全性を向上させた。

研究チームはBNで2次元のナノフレークを作り、ゲル高分子電解質内に均等に分散添加し、二つの物質がうまく混ざるよう、BNの表面にゲル高分子電解質と類似したフッ素系高分子鎖を導入した。

リチウムの結晶の成長を防ぐためにこれまでに使われていた技術は固体の電解質を使ってリチウムの結晶が伸びてくるのを物理的にふせぎ、リチウムの陽イオンが移動する比率を相対的に高めるというものだったが、これは製造工程が複雑でイオン伝導度が低くて性能が低下することがあった。

研究チームはフッ素系ゲル高分子電解質にBNを0.5%添加すれば固体と液体の中間程度の物性をもち電解質の特性を固くすることができると説明している。これはイオン伝導度は高いが結晶の成長を防げない液体電解質の短所を補完でき、固くてイオン伝導度が低く性能が低下することも防止できる。

研究に当ったキム・ドンギュン博士は「本研究で窒化ホウ素の新たな応用可能性を提示した。木の枝の形のリチウム金属の結晶の成長を効果的に制御できる本技術は次世代リチウム金属電気だけでなくリチウム硫黄電池、リチウム空気電池の早期商用化に役立つだろう」と話している。

研究成果は『Energy & Environmental Science』に掲載された。





[2017-10-20]

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