背景:
中国科学院青島生物エネルギー・バイオプロセス技術研究所の研究者たちは、全固体リチウム電池において大きなブレークスルーを達成し、より小型で長寿命の電子機器という夢の実現に貢献する可能性があります。この進歩は、国際学術誌Nature Energyに7月31日に掲載されました。
携帯電話、コンピューター、その他の電子機器で使用されているリチウムイオン電池は、主に液体電解質を介してエネルギーを蓄積および放出します。現在、科学者たちは新しいタイプの電池、すなわち全固体リチウム電池を研究しています。これらは液体ではなく固体電解質を使用しており、安全性の大幅な向上を実現しています。
全固体リチウム電池は理想的に見えますが、その開発には課題があります。主に、電池の正極内の材料の異なる化学的および物理的特性により、完全な互換性が難しく、エネルギー密度と寿命を損なう複数の界面問題が発生します。これに対処するため、研究チームは新しい材料、すなわち均質化された正極材料（リチウムチタンゲルマニウムリンセレン化物）を開発しました。
従来の材料と比較して、この化合物は高い電気伝導性、高いエネルギー密度、および長い耐用年数などの利点を提供します:
高い電気伝導性: この新しい材料は、高いイオン伝導性と電子伝導性の両方を示し、従来の電池材料（層状酸化物正極）を1000倍以上も上回っています。これにより、導電性添加剤に頼ることなくスムーズな充電および放電プロセスが可能になり、バッテリー全体の性能が大幅に向上します。
高い放電容量: 新しい材料は、グラムあたり250 mAhの高い放電容量を示し、現在使用されている高ニッケル正極材料を上回っています。同等の重量または体積で、この材料を組み込んだバッテリーは、より多くの電気エネルギーを蓄積できます。これにより、頻繁な再充電なしでより長い持続的な動作が可能になり、耐久性が向上するだけでなく、バッテリーサイズも削減され、よりコンパクトなデバイスの設計が容易になります。
低い体積変化: 充電および放電サイクル中、新しい材料はわずか1.2％の体積変化を示し、従来の層状酸化物正極材料で観察される50％よりも大幅に低くなっています。この最小限の体積変化は、構造的安定性を維持するのに役立ち、バッテリーの動作寿命を延ばします。
高いエネルギー密度: この新しい材料を利用した全固体リチウム電池は、390 Wh/kgのエネルギー密度を達成し、以前に報告された長サイクル全固体リチウム電池の1.3倍の増加を示しています。
長い耐用年数: この材料を採用した全固体リチウム電池は、10,000サイクル以上を達成します。5,000回の充電サイクル後、バッテリーは初期容量の80％を維持し、長期間にわたって十分な電力を供給します。
この研究は、高エネルギー密度、長寿命のエネルギー貯蔵デバイスの開発に不可欠な技術的サポートを提供し、新エネルギー車、エネルギー貯蔵グリッド、深海/宇宙機器に安全で耐久性のある電源を提供します。これは、新しいエネルギー貯蔵システムの進歩に大きな意味を持っています。