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KAIST、ドーナツ状の硫化リチウムを利用したリチウム硫黄イオン電池を開発

リチウムイオン電池よりもエネルギー密度が30%向上···寿命600サイクル以上


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は生命化学工学科のキム・ヒタク教授研究チームが既存のリチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度をもち、安価なうえ600サイクル以上の寿命をもつドーナツ状の活物質構造のリチウム硫黄イオン電池を開発したと5月24日に発表した。

電気自動車のバッテリーに使用されるリチウムイオン電池はエネルギー密度が低く1回の充電で可能な走行距離が短い。こうした理由で高いエネルギー密度をもつリチウム硫黄電池の研究が続けられてきた。だがリチウム硫黄電池は負極であるリチウム金属電極の脆弱な可逆性のせいで電池のサイクル寿命の確保が困難だった。

こうした問題を解決するためにリチウム金属負極のかわりにリチウムイオン電池に使用されるサイクル寿命の優れた黒鉛負極の利用とともに容量の高い硫化リチウム正極を結合してエネルギー密度と寿命向上が試みられた。しかし硫化リチウムは高価であり黒鉛負極と硫化リチウム正極の長所を同時に生かせる電極と電解液設計技術がなく技術的な限界があった。

研究チームは安価な硫酸リチウムを原材料にしてドーナツ状の硫化リチウム正極活物質を製造した。そして高濃度塩電解液を利用して黒鉛負極と硫化リチウム正極を利用したリチウム硫黄イオン電池を開発した。ドーナツ状の硫化リチウムはリチウムイオンの伝達力を向上させ、高い充放電可逆性を示した。高濃度塩電解液は黒鉛電極の表面に安定した膜を形成して優れた耐久性を実現した。

研究チームはこの技術により既存のリチウムイオン電池よりも30%高いエネルギー密度を実現し、同時に600サイクル以上の寿命を確保することに成功した。研究に当ったキム・ヒタク教授は「ドーナツ状の硫化リチウム電極は安価な原材料を利用して単一の熱処理工程で製造できる。また既存のリチウムイオン電池に用いることができるので産業的に活用可能だと思う」と話している。

研究成果は材料科学分野の国際学術誌『Advanced Science』電子版に5月7日付で掲載された。







[2018-05-29]

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