日本物質材料研究機構（NIMS）的主任研究員松田翔一、NIMS博士後研究員小野愛生、特別專門職山口祥司以及研究員魚崎浩平（NIMS軟銀先進技術開發中心主任）等人組成的研究團隊，開發出了500Wh/kg級的鋰空氣電池，其重量能量密度遠遠高於現有鋰離子電池，並實施了常溫充放電反應。與全球各地報告的鋰空氣電池相比，能量密度和充放電循環次數都是世界最高水平，這是朝着鋰空氣電池的實用化邁出了一大步。相關成果已經線上發佈於Material Horizon。
（a）ALCA-SPRING自主開發的鋰空氣電池用材料，（b）在NIMS-SoftBank先進技術開發中心開發的電池單元製造技術，（c）在該研究中首次透過實驗應答500Wh/kg級鋰空氣電池的常溫充放電反應（供圖：物質材料研究機構）
鋰空氣電池是理論重量能量密度達到現有鋰離子電池數倍的終極二次電池，由於重量輕、容量大，有望廣泛應用於無人航空載具、純電動車和家用蓄電系統等領域。
NIMS一直在JST的ALCA新一代蓄電池專案下開展基礎研究，2018年與軟銀公司共同成立了NIMS軟銀先進技術開發中心，面向手機基地台、IoT和HAPS（High Altitude Platform Station）等推進了實用化研究。
鋰空氣電池理論上表現出非常高的能量密度，但以往的鋰空氣電池特性評估常用的電池由於隔膜和電解液等不直接參與電池反應的材料佔電池重量的比例較高，實際製造並評估高能量密度鋰空氣電池的例子很少。
鋰空氣電池採用層疊正極（氧電極）、隔膜＋電解液和負極（金屬鋰）的結構。在放電反應中，負極的金屬鋰溶到電解液中，在正極與氧發生反應，析出過氧化鋰。過氧化鋰的析出量就是蓄電容量，因此正極的碳材料最好是擁有高空隙率和高比表面積的材料。而充電反應與放電反應相反，正極的過氧化鋰分解釋放氧氣，在負極析出金屬鋰。此時正負極都需要能以高可逆性進行反應的電解液材料。
研究團隊此前透過ALCA專案下的研究，開發出了能最大限度發揮鋰空氣電池的高潛力的多孔碳電極，以及含有氧化還原介體的電解液等獨特材料。
此次，研究團隊透過把在NIMS軟銀先進技術開發中心開發的電解液注入技術和電極層壓技術等高能量密度鋰空氣電池單元製作技術應用於這些材料，全球首次實施了能量密度遠遠高於現有鋰離子電池的500瓦時/公斤級鋰空氣電池的常溫充放電反應。
今後，透過將目前正在開發的改良材料用於500瓦時/公斤級鋰空氣電池，有望大幅延長充放電週期數，促進鋰空氣電池早期實施實用化。
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
