リチウムイオン電池の電圧減衰を最小限に抑える新しいLMRカソード

2023年8月7日の特集

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イングリッド・ファデリ著、Tech Explore

リチウムイオン電池 (LiB) は、リチウムイオンの可逆的還元を利用してエネルギーを蓄える充電式電池であり、依然として世界中で最も広く使用されている電池技術の 1 つです。 これらのバッテリーは、スマートフォン、ヘッドフォン、PC からスマート家電や電気自動車に至るまで、幅広いデバイスに電力を供給します。

香港城市大学、ノースウェスタン大学、その他米国の研究機関の研究者チームは、LiBの性能を向上させ、寿命を延ばし、エネルギー容量を増やす戦略と解決策を考案しようとしている。 Nature Energyに掲載された最近の論文で、チームは十分に文書化された既存のカソードの制限に取り組むことで、LiBの容量を増加できる新しいカソードを導入しました。

「携帯電話のバッテリーがずっと長く持続し、電気自動車が1回の充電でさらに遠くまで走れる世界を想像してみてください」と、この研究を行った研究者の一人、Qi Liu教授はTechXploreに語った。 「それが私たちが目指している夢です。現代の電気機器や電気自動車の電源であるLiBを改良することです。私たちの最近の研究は、リチウムとマンガンを豊富に含む（LMR）層状陰極と呼ばれる特定の種類の材料に焦点を当てています。現在の市販のカソードよりもはるかに多くのエネルギーを蓄える可能性があります。」

LMR 層状カソードは、カソードの急速な劣化とバッテリーの電圧の損失を伴う「電圧減衰」として知られる現象の影響を受けやすいことが知られています。 この重要かつ広範囲に調査された問題により、LiB の性能が大幅に制限され、バッテリー ソリューションとしての全体的な可能性が制限されます。

「私たちは、この電圧低下の問題に取り組もうとしている世界中の研究者が直面している課題に触発されました」と Liu 教授は説明しました。 「一部の優秀な頭脳は、陰極材料をコーティングしたり、構造を安定させるために新しい元素を導入したりするなどのアイデアをすでに提案していました。しかし、これらの努力があっても、問題は未解決のままでした。」

最近、独特の O2 スタック構造を特徴とする LMR 材料への関心が高まっています。 注目すべきことに、これらの材料は従来の O3 タイプ LMR と比較して電圧減衰が低くなります。 独特の O2 スタッキングは、本質的に不安定なハニカム格子の局所構造を微調整する機会も提供します。

これらの発見からインスピレーションを得て、Liu 教授と彼の同僚は、新しい O2 タイプの LMR カソードの構築を試みました。 研究者の主な目標は、LMR 材料の特徴的なハニカム形状の構造を安定化することでした。