關西大學分別與旭化成和東亞合成兩家公司合作，開發出了因廉價、大容量而被期待成爲新一代電池的「鋰硫電池」的正極材料。與旭化成公司共同開發的是在碳材料上開出中孔，裏面封入硫磺，以防止硫磺溶解到電解液中，從而提高了電池的耐久性。與東亞合成公司共同開發的是實施可快速充放電的粘合劑。今後將進一步改良製造工藝，以便實用化。
與旭化成公司試製開發的碳材料正極（供圖：關西大學石川正司教授）
鋰硫電池的特點是單位重量的能量密度高，與現行的鋰離子電池相比，容量有望提高數倍。鋰硫電池重量輕，由於正極採用了資源豐富且價格便宜的硫磺，所以還有利於降低電池成本。
鋰硫電池需要解決的課題是耐久性問題。硫磺溶解到電解液中，容易讓性能劣化。
研究團隊看中了旭化成公司的氮明酸碳化物材料。透過用小組獨自開發的藥劑處理，合成出了具有直徑低於2nm（1nm爲 10億分之1m）中孔的碳材料。在這些中孔中封入硫磺，可以抑制硫磺溶解到電解液中的化學反應。
此前，也有過使用中孔碳材料的嘗試，但存在難以增加中孔數量的問題。此次開發的方法可以增加中孔數量，使硫磺正極重量的70%都用於蓄電，預計1Kg可儲存350Wh左右的容量。這比鋰離子電池高出約40%。
使用與東亞合成公司共同開發的粘合劑，可提高充放電的性能（供圖：關西大學石川正司教授）
研究小組用這種材料試製了正極，應答電池耐久性確實得到了提高，充放電100次後還能維持70%的容量。
傳統的做法是先開發專用電解液，防止硫磺溶出。此次的正極材料則可以使用與鋰離子電池相同的電解液。研究小組的石川正司教授表示：「基本消除了正極材料在應用時的問題，今後只剩如何讓正極做得更厚等加工技術方面的問題了」。
研究團隊與東亞合成公司共同開發了有利於快速充放電的正極材料，改變了用於連接正極硫磺和碳的粘合劑中所使用的聚丙烯酸構造。
如果使用孔徑大於2nm的碳材料，可以進一步增加硫磺量，實施更大的容量。但是這樣一來在反復充放電的程序中，正極膨脹容易破裂。提高粘合劑的強度雖然可以防止劣化，但也會使鋰離子更難以透過。
爲此，此次重新開發了兼顧強度和離子容易透過的粘合劑。試製正極時，即使重複5次6分鐘時長的快速充放電後，與花費10小時充電相比，也能夠維持95%的容量。目前容量爲每公斤330Wh左右，今後將在維持充放電性能的同時，以達到400Wh左右爲目標繼續操作改進。
日文：遠藤智之、《日經產業新聞》、2022/9/26
中文：JST客觀日本編輯部
