【研究成果】GMS自立膜をリチウム空気電池用カーボン正極に使用することで、高容量とサイクル寿命を両立

3DCが量産化を目指す次世代カーボン材料「グラフェンメソスポンジ(GMS)」に関して、東北大学材料科学高等研究所の西原研究室から新たな研究成果が発表されました。

3DCは、東北大学材料科学高等研究所の西原研究室で発明されたGMSの事業化を目指す大学発スタートアップです。現在、GMSに関する特許は東北大学から3DCに移転されています。

リチウム空気電池は、現在のリチウムイオン電池の数倍以上のエネルギー密度の達成が見込まれる次世代蓄電池です。しかし、カーボン正極や電解液などの劣化が激しく充放電を繰り返し行えない点が大きな課題でした。

今回の研究では、図1のスキームでGMS自立膜を製造。この自立膜をリチウムイオン電池の正極材料に使用することで、以下3点を踏まえた電極設計を可能としました。

  • 高容量を得るための豊富な細孔容積を確保
  • 電池を軽くするためにグラフェンの積層を排除
  • サイクル寿命を得るためにエッジサイトを削除

本研究グループは、上記の電極設計により従来に無い超高容量とサイクル寿命の両立に成功。この結果から、「GMSはカーボン正極の1つの理想形だと言える」としています。

図1.GMS自立膜の調製スキームと構造の模式図(引用元:東北大学からのプレスリリース)

本研究の成果は、2023年11月10日(現地時間)、科学誌Advanced Energy Materialsに掲載されました。

研究内容を詳しく知りたい方は、以下をご覧ください。

①論文
Hierarchically Porous and Minimally Stacked Graphene Cathodes for High-Performance Lithium–Oxygen Batteries

②東北大学からのプレスリリース
リチウム空気電池用カーボン正極の高容量とサイクル寿命の両立に成功 ~重さがリチウムイオン電池の数分の1になる次世代畜電池実用化に期待~