電気自動車の走行距離を3倍に、ナノ多孔質グラフェン採用のリチウム空気電池：電気自動車（2/2 ページ）

科学技術振興機構と東北大学 原子分子材料科学高等研究機構は、3次元構造を持つナノ多孔質グラフェンを正極材料に用いたリチウム空気電池を開発し、高いエネルギー利用効率と100回以上の充放電繰り返し性能を実現した。このリチウム空気電池を使えば、電気自動車の走行距離を現在の200km程度から500〜600kmに伸ばせるという。

[朴尚洙，MONOist]

電気容量、エネルギー利用効率、充放電繰り返し性能の全てで高い値

　次に、このナノ多孔質グラフェン電極を用いたリチウム空気電池の充放電繰り返し試験を行った。酸化ルテニウムナノ粒子をグラフェンで挟んだ窒素ドープナノ多孔質グラフェンは、放電し切った場合で電極単位重量当たり最大8300mAhの電気容量を持つ。これを、電極単位重量当たり2000mAhの電気容量に固定した場合、100サイクル以上の充放電ができることが分かった。このときのエネルギー利用効率は72％を超えたという。充放電時の電流密度を変化させる実験を行ったところ、従来のリチウム空気電池よりも充電スピードが速いことも判明した。

開発したリチウム空気電池の充放電特性の試験結果。充放電の1サイクル目から100サイクル目まで大きな変化は起きていない（クリックで拡大） 出典：JST、AIMR

　これまでのリチウム空気電池の研究成果では、電気容量とエネルギー利用効率、充放電繰り返し性能という3つの特性を全て満たすものはなかった。今回開発したリチウム空気電池は、電極単位重量当たりの電気容量が2000mAh、充放電繰り返し性能が100サイクル以上とこれまでの研究成果と同等であり、その上でエネルギー利用効率も72％以上と比肩し得る性能になっている。

AIMRの研究結果と他の研究成果の比較（クリックで拡大） 出典：JST、AIMR

　ただし、高価なルテニウムを用いることによるコストの増大は課題の1つとなる。また、正極での反応時に測定される電圧が理論値よりも高くなり、正極のグラフェンや酸化ルテニウム触媒を腐食する原因になる「過電圧」を小さくするため、電極単位重量当たりの電気容量を2000mAhに抑えているが、電気容量をさらに高めるには過電圧そのものの低減も必要になる。

　「今回の結果は、高容量、高効率なリチウム空気電池の正極材料に関し、実用に向けての設計指針を示した重要な成果だ。今後は実用化を目指して企業と模索していく」（研究グループ）としている。