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电池の充电时间が1/3以下に 浓い液体が秘める新机能を発见、新世代の电解液へ

掲载日:2014年4月4日

电気を蓄え、必要なときに取り出すことのできる二次电池は、电気自动车やスマートグリッドなど省エネルギー社会実现の键を握る中核技术である。现状最も优れた二次电池はリチウムイオン电池であるが、上记用途に向けて、充电时间の短缩や高电圧作动が喫紧の课题となっている。特にリチウムイオン电池を构成する要素のうち、电解液の材料は20年以上もほぼ同一组成のものが用いられており、革新的な电解液材料を开発することができればリチウムイオン电池の飞跃的な性能向上も现実性を帯びる。

© 山田裕貴
电解液(右侧)から负极(左侧)へリチウムイオン(橙色球)が移动することでリチウムイオン电池の充电が行われる。この反応には电解液として、エチレンカーボネート溶媒が必须とされていたが、本研究の成果により“浓い电解液”では多种多様な溶媒が使用可能となった。本研究で开発した电解液では、この反応が极めて高速で起こるため、従来の1/3以下の时间で急速充电が达成できる。

东京大学大学院工学系研究科の山田裕贵助教と山田淳夫教授のグループは、京都大学の袖山庆太郎特定研究员、独立行政法人物质?材料研究机构の馆山佳尚グループリーダーらとの共同研究により、リチウムイオン电池の急速充电、高电圧作动を可能にする新规な电解液を开発した。この新规な电解液は従来の4倍以上となる极めて高い浓度のリチウムイオンを含む“浓い液体”であり、既存の电解液にはない「高速反応」と「高い分解耐性」という新机能を有する。また、この新规な电解液の机能は特殊な溶液构造によるものであることを独立行政法人理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」を用いたシミュレーションにより明らかにした。

本研究により開発した電解液は、既存材料の性能を大きく上回る新世代の電解液としてリチウムイオン電池に応用でき、従来の3分の1以下の時間で急速充電が可能となると共に、現状の3.7 V(ボルト)を超え、電気自動車やスマートグリッドへの実用に耐えうる5V級の高電圧作動への道を拓くものである。

なお、本研究成果の一部は、文部科学省元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>「京都大学 触媒?电池元素戦略研究拠点ユニット」(研究代表者:田中庸裕 京都大学大学院工学研究科教授)による支援を受けて行われた。

论文情报

Yuki Yamada, Keizo Furukawa, Keitaro Sodeyama, Keisuke Kikuchi, Makoto Yaegashi, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada,
“Unusual Stability of Acetonitrile-Based Superconcentrated Electrolytes for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries”,
Journal of the American Chemical Society Online Edition: 2014/3/24, doi: 10.1021/ja412807w.

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