産総研など、リチウムイオン電池内部の反応不均一性の可視化に成功…EV用電池の設計に適用

エコカー レスポンス

京都大学の内本喜晴大学院人間・環境学研究科教授、折笠有基同助教(現・立命館大学准教授)らの研究グループは、立命館大学、産業技術総合研究所、KRIと共同で、リチウムイオン電池内部の反応不均一現象を可視化し、その発生要因を解明した。

実用の電池設計では、トライ&エラーの要素を多く含んでいるが、今回の成果を用いることで、より科学的な観点から高性能な電池の設計が可能になるとしている。

リチウムイオン電池の性能を左右する因子として、電池内部の反応不均一現象が関与していることは、多くの研究者が予測しているものの、実験的に検証し解析するツールがなかった。また、不均一性は電池内部の電子伝導率とイオン伝導率の違いによるものと考えられていたものの、これを実測する手段もなかった。

今回の研究では、反応不均一現象を可視化するために、2次元データが取得可能なX線吸収分光測定を行った。また、リチウムイオン電池の電極における、電子伝導率とイオン伝導率の計測手法を確立した。性能が異なるリチウムイオン電池の電極を用いて、これらの手法で解析した結果、電極内部の反応不均一性はイオン伝導によって決定されており、これが性能に大きく影響していることを突き止めた。

今回の成果はリチウムイオン電池の実用的な設計に貢献し、電池性能の向上に有用となる見込み。特に反応の不均一性は、大型電池では顕著となるため、自動車用リチウムイオン電池の設計に適用すれば、走行距離が長く、高い安全性を持つ電池の開発につながる可能性がある。

今回の研究内容は、英国Nature Publishing Groupのオンライン科学雑誌「Scientific Reports」に掲載された。

  • レスポンス編集部
  • リチウムイオン電池合剤電極の模式図、電子は集電体側。リチウムイオンは電解質側から供給される。
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