リチウム硫黄電池の充電および放電サイクル特性

日本工業技術研究院（工業技術研究院）は、2016年6月28日、筑波大学と共同でリチウム硫黄電池を開発したと発表しました。バッテリーセパレーターとして有機金属フレームワークを使用することにより、長期的に安定した充放電サイクルが実現されます。報告によると、リチウム硫黄電池は、1Cの電流密度（1時間の定電流放電後の放電終了時の電流値）で1500サイクルのテスト後も最大900mAh / gの充電容量を維持できます。

リチウム電池の正極に硫黄を使用したリチウム硫黄電池は、正極容量が高く（理論値は1675mAh / g）、新世代電池として期待されています。しかし、このタイプの電池の問題点は、放電反応の中間生成物である硫化リチウムが電解液に溶けやすいことです。したがって、充電と放電のサイクルが進むにつれて、溶解したポリサルファイドイオンが正極と負極の間で酸化を開始します。繰り返し発生する還元反応（シャトル効果）により、バッテリーの容量が低下します。

今回、研究者らは多硫化物の溶解を防ぐための対策を講じず、代わりにガス分子の吸着と分離によく使用される有機金属フレームワークである「モレキュラーシーブ」を使用して、多硫化物の移動を制限しました。負極。金属有機骨格は、サブナノメートルから数ナノメートルの三次元の微細孔を持ち、サイズが固定されています。

膜材料は、多硫化物イオンは通過できるがリチウムイオンは通過できるような細孔サイズである有機金属フレームワークから選択される。そして、それを酸化グラフェン層に混合することにより、柔軟な複合金属有機骨格膜が合成されました。金属有機骨格は結晶であるため、壊れやすいという欠点があります。

研究者らは、複合金属有機骨格膜をリチウム硫黄黄色電池セパレーターとして使用すると、問題とされるシャトル効果を抑制し、充放電容量の低下やサイクル特性を防ぐことができることを発見しました。下げた。室温で1500回の充放電サイクルを繰り返した後、放電容量とクーロン効率の観点から、初期活性化を行うために約100回の充放電を行ったほか、100〜1500倍の放電容量はほとんど劣化せず、良好なサイクル特性を示しています。 。

研究所の将来の目標は、実用化を目指して、優れた性能を備えたリチウム硫黄電池を開発することです。研究結果は、6月27日（英国時間）に英国の学術雑誌NatureEnergyにオンラインで公開されました。

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