容量はリチウムイオン電池の5倍、金属リチウム二次電池は実用化できるか：電気自動車（1/2 ページ）

新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と京都大学、産業技術総合研究所などの研究グループは、金属リチウム二次電池をはじめとする新コンセプトの二次電池「リザーバ型蓄電池」の研究成果を発表。現行のリチウムイオン電池の約5倍となる500Wh/kgのエネルギー密度が達成可能で、2030年ごろの実用化を目指している。

[朴尚洙，MONOist]

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と京都大学、産業技術総合研究所などの研究グループは2016年3月28日、現行のリチウムイオン電池の約5倍となるエネルギー密度を達成可能な金属リチウム二次電池をはじめとする新コンセプトの二次電池を実用化する基礎技術の構築に向け大きな成果が得られたと発表した。今後は車載電池として要求される性能をさらに高めるための研究開発を進め、実用化につなげていく方針。

　同研究グループが発表したのは、負極に金属リチウムを用いる金属リチウム二次電池をはじめ、金属そのものを電極として利用する新しいコンセプトの蓄電池「リザーバ型蓄電池」に関する成果だ。

リザーバ型蓄電池の概念図。左側は負極に金属リチウムを用いる金属リチウム二次電池、右側は陰イオン（アニオン）によって電荷を移動するハロゲン化物蓄電池 出典：NEDO

　リチウムイオン電池は、イオンを収納する入れ物（ホスト材料）の間でリチウムイオンをやりとりする「インサーション型蓄電池」である。インサーション型蓄電池は、繰り返し充放電特性（サイクル特性）に優れるという利点がある一方で、ホスト材料の重量や体積がかさむために、実現可能なエネルギー密度に限界がある。この入れ物を使わずに、金属そのものを電極として利用しようというのがリザーバ型蓄電池だ。

一般的なリチウムイオン電池（インサーション型蓄電池）の概念図 出典：NEDO

　現行の車載リチウムイオン電池のエネルギー密度は100Wh/kg前後だが、2030年ごろの実用化を目指す革新型蓄電池のエネルギー密度は500Wh/kgが目標になっている。この革新型蓄電池の有力候補として研究開発が進められているのがリザーバ型蓄電池だ。

「NEDO二次電池技術開発ロードマップ2013」における車載二次電池開発のロードマップ。2030年ごろにエネルギー密度で500Wh/kgが目標となっており、リザーバ型蓄電池はその有力候補だ（クリックで拡大） 出典：NEDO

　リザーバ型蓄電池は、理論的にはエネルギー密度が大幅に向上するものの、二次電池として重要な性能指標であるサイクル特性について課題を抱えている。特に、充放電時にできる電極反応生成物が電解液に全く溶解せずに活性を示さない場合や、電解液に過剰溶解して散逸する場合は、サイクル特性が期待できず二次電池として使用するのは難しい。

　同研究グループは、電解液に電極の反応種が適度に溶解できる環境づくりに着目し、添加剤（アニオンレセプター）の導入や、溶解性の高い電極材料の固定化、電極−電解質界面のナノレベルでの制御などを行った。その結果、リザーバ型蓄電池に用いられるさまざまな材料においてサイクル特性や充放電特性の向上に成功した。