新しい技術はリチウム金属電池寿命、安全性の改善を目的に
Novel Technology Aims to Improve Lithium Metal Battery Life, Safety
By Pennsylvania State University
https://phys.org/より March 11, 2019
増加したエネルギー密度、性能、安全性を持った再充電できるリチウム金属電池は、ペンシルヴァニア州立大学の研究者達によると新しく開発された固体電解質インターフェイス(SEI)で可能になるかもしれない。高エネルギー密度リチウム金属電池用の需要が増加している－電気自動車、スマートフォン、ドローン用－ので、SEIの安全性はそれらの進歩を止める重要な問題である。電池のリチウム電極の表面上の塩の層が電極を絶縁させ、リチウム・イオンを通さないからである。“この層は非常に重要で、電池内のリチウムと電解質との間の反応によって自然に形成される。しかし、それはあまり上手く働かず、多くの問題を引き起こす、”と機械化学工学教授のDonghai Wangは言った。リチウム金属電池の最も理解されていない成分の1つであるSEIの劣化が樹枝状結晶の析出に寄与する。その結晶は電池のリチウム電極から成長し、性能と安全性に悪く影響を及ぼす針状結晶ある。研究者達はこの問題に対する彼等の研究法を今日(3月11日)Nature materialsに発表した。“これがどうしてリチウム金属電池が長く続かないかの理由で－インターフェイスができ、それは安定しない。このプロジェクトで、我々は多くのより良いSEIを作り出せるポリマー合成物を使った、”とWangは言った。
化学課程の博士コース学生Yue Gaoが率いているが、強化されたSEIは、ポリマーリチウム塩、フッ化リチウムナノ粒子、そして酸化グラフェンシートからなる反応性ポリマー合成物である。この電池成分の新しい構成はこられの材料の薄い多層で出来ており、それはエバン・パー大学化学教授のThomas E. Malloukが彼の専門知識を貸したところである。“安定したリチウム界面を作り出すために必要とされる多くの分子レベル制御がある。YueとDonghaiが設計したポリマーはリチウム金属表面に爪のような編目を作るように反応する。それはリチウム表面に電解質の分子と反応できない不動態を作る。合成物のナノシートはリチウム金属から構成する樹枝状結晶を妨げる機械的な防壁として作用する、”とMalloukは言った。
化学と工学設計の両方を使って、両分野間の共同研究は原子レベルでリチウム表面を制御する技術を可能にした。“我々が電池を設計するとき、我々は化学者のように考える必要はなく、全てを分子レベルまで引き下げることがここで我々がする必要のあることである、”とMalloukは言った。
反応性ポリマーは重量や製造費も低減でき、さらにリチウム金属電池の将来を魅力的にする。“もっと安定なSEIで、電池の寿命をより長くより安全にしながら現在の電池のエネルギー密度を2倍にできる、”とWangは言った。
