日本東北大學正在研究含有氫簇（由氫和硼形成的錯離子）材料的鋰離子導電，此次透過設計氫簇的分子結構，開發出了鋰離子能高速導電的新型鋰超離子傳導材料，並發現這種材料對於可實施高能量密度的鋰負極顯示出了高穩定性。此外還證實，將新開發的這種鋰超離子導體用作全固體電池的固態電解質，電池的使用時間能大幅增加。
相關論文已於2019年3月6發表在英國科學雜誌《自然通訊》（Nature Communications）的網路版上。
研究的目標是使復合氫化物在室溫下實施鋰的超離子傳導。重點在於提高錯離子本身的不規則性。因此，研發小組選擇了兩種高度不規則的錯離子（(CB9H10)-和(CB11H12)-），並透過將二者適當混合，進一步強化了不規則性。
對新開發的復合氫化物鋰離子傳導材料0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)進行詳細調查發現，溫度在室溫附近時，錯離子也能保持不規則性，最終在25°C的溫度下獲得了6.7mScm-1的鋰離子傳導率。在截至目前報告的復合氫化物中，這是最高的鋰離子傳導率，完全能媲美液體電解質的導電率。
另外，研發小組還在新開發的材料與具備高能量密度（與鋰離子電池的負極材料碳相比，擁有10倍左右的能量密度）的「終極」負極材料——鋰的界面，評估了鋰的易行程性。發現界面電阻實施了迄今爲止的最低值0.78Ωcm2。也就是說，鋰在界面非常容易行程。這個結果表明，0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)對鋰負極也顯示出了高穩定性，這對固態電解質來說是非常重要的性質。
基於鋰超離子導電和對鋰負極的高穩定性等優異特性，研發小組利用新開發的材料製作了全固體電池，調查了充放電特性。
實驗證實，將0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)和鋰分別作爲固態電解質和負極的全固體電池在25°C的溫度下能穩定工作。另外，還透過50°C溫度下放電20分鐘的充放電試驗證實其具備2500Wh/kg的能量密度，這是迄今爲止採用鋰負極的全固體電池中的最高值，也就是說，電池的使用時間能夠實施大幅增加。
文 JST客觀日本編輯部
