日本人研究者が全固体空気電池を開発

山梨大学と早稲田大学の研究チームは、電解質にプロトン交換膜、負極に酸化還元活性のある有機物質を用いた全固体空気電池を開発した。繰り返し充放電ができ、軽くて安全で、曲げた状態でも使用できる電池です。携帯電子機器への応用が期待されています。

山梨大学と早稲田大学が最近発表した共同声明によると、一般的な空気電池は、一般に正極活物質として空気中の酸素、負極活物質としてリチウムなどの金属、そして水系電解液で構成されている。空気電池は、電池内部に正極活物質を蓄える必要がないため、理論的にはエネルギー密度が高くなります。しかし、既存の空気電池は溶液電解質を使用することが多く、電解液漏れなどの安全上の問題が生じる可能性があります。さらに、陽極として使用される金属は、環境中の酸素や水分の作用により性能が低下する傾向があります。

上記問題を解決するため、両大学の研究者は協力して、酸化還元活性を有する有機化合物2,5-ジヒドロキシ-1,4-ベンゾキノンとその重合体を負極活物質として利用することを試みた。電池は、電解質として固体高分子交換膜、正極として白金触媒を含むガス拡散電極を用い、活物質として酸素を用いて全固体空気電池を構成する。

研究者らは、電流と電位の測定を通じて、電池の負極の反応とその可逆性を確認し、電池の放電率と充放電サイクル性能を評価した。研究により、酸化還元活性を持つ有機化合物を空気電池の負極として使用することが実現可能なアイデアであることが示されています。２，５－ジヒドロキシ－１，４－ベンゾキノンを電池の負極として使用する場合と比較して、この化合物のポリマーを負極として使用すると、電池の放電容量を大幅に向上させることができる。2,5-ジヒドロキシ-1,4-ベンゾキノンポリマーを負極に用いた全固体空気電池は、15℃の放電レートで充放電サイクルが30回に達する。

関連論文がドイツの学術誌に掲載されました"応用化学国際版"。

この新型全固体空気電池は、現在一般的な空気電池と比べて安全性が高く、材料に水分が含まれておらず、水分による電極の性能劣化もないと発表されている。将来的には、材料特性の改良や耐久性の向上により、携帯電話などの携帯電子機器の電源としての利用が期待されます。