新しい電解質で改善されたリチウム金属電池

リチウム金属は、その高い理論容量のおかげで、アノード材料としてグラファイトに取って代わる最良の候補の1つです。問題は、リチウム金属アノードを使用したバッテリーのサイクル寿命が現在短いことです。

ただし、新しい不燃性のデュアルアニオンイオン液体電解質のおかげで、これはすぐに変わる可能性があります。

カールスルーエ工科大学（KIT）とヘルムホルツ研究所Ulm –電気化学エネルギー貯蔵（HIU）の研究者は、解決策を見つけました。 Jouleマガジンで報告しているように、あなたは有望な新しい材料の組み合わせを使用しています。それらは、低コバルトでニッケルが豊富な層状カソード（NCM88）を使用しています。これは、高いエネルギー密度を提供します。しかし、一般的に使用されている市販の有機電解質（LP30）では、安定性には多くの課題が残されています。充電サイクル数が増えると、ストレージ容量は減少します。

なぜそうなのか、HIUのディレクターでバッテリー電気化学研究グループの責任者であるStefano Passerini教授は、次のように説明しています。電解質はこれらの亀裂内で反応し、構造を破壊します。さらに、厚い苔のようなリチウム含有層が陰極上に形成されます。したがって、研究者は、代わりに2つの陰イオン（ILE）を備えた不揮発性で不燃性のイオン液体電解質を使用しました。 「ILEの助けを借りて、ニッケルに富むカソードの構造変化を大幅に減らすことができます」と、HIUの電池電気化学研究グループのDr. Guk-TaeKimは報告しています。

1,000回の充電サイクルで88％の容量が維持されました

結果：カソードNCM88と電解質ILEを使用すると、リチウム金属電池は1キログラムあたり560ワット時（Wh / kg）のエネルギー密度を達成します。最初は、1グラムあたり214 mAh（mAh / g）のストレージ容量があります。容量の88％は、1,000回の充電サイクルにわたって保持されます。回収容量と供給容量の比率を示すクーロン効率は、平均99.94パーセントです。

提示されたバッテリーは高いレベルの安全性も特徴としているため、カールスルーエとウルムの研究者は、カーボンニュートラルなモビリティへの道のりで重要な一歩を踏み出しました。

リチウム金属電池のさまざまな電解質のサイクル寿命の比較

当初、プレスリリースで宣伝された560 Wh / kgのエネルギー密度の数値は、活物質（カソードとアノード）の重量のみを考慮していることに気づかなかったので、Andrésに頭を上げてくれてありがとう！

研究論文はそれを明らかにしています。

全体的な（アノード+カソード）活物質の重量に基づいて得られる比エネルギーは、薄いLi電極を使用して、0.1Cで564 Wh kg-1、0.5Cで488 Whkg-1と計算されます。

ハイライト

• 560 Wh / kgのエネルギー密度（活物質のみを考慮）
• 1.000サイクル後の容量保持率88％
• NCM 88（低コバルト含有量）カソード
• 安全な不燃性電解質