産総研、共融系液体を正極側の活物質兼電解液として用いた二次電池を開発

産業技術総合研究所(産総研)は6月8日、レアメタルを含まない安価な三塩化鉄六水和物(FeCl₃・6H₂O)と尿素(CO(NH₂)₂)とを共融点組成で混合して液体とし、これを正極側の活物質として用いた二次電池を開発したと発表した。

同成果は、産業技術総合研究所 省エネルギー研究部門 周豪慎首席研究員(南京大学講座教授/筑波大学連携大学院教授)、エネルギー界面技術グループ 王雅蓉博士、三菱自動車工業らの研究グループによるもので、6月3日付けの英国科学誌「Energy & Environmental Science」オンライン版に掲載された。

二種類の固体物質を共融点組成で混合すると、凝固する温度が大幅に低下する。これにより融解した液体を「共融系液体」と同研究グループは呼んでいるが、今回、正極の活物質であるFeCl₃・6H₂Oの結晶粒子に、CO(NH₂)₂の固体粉末を混合して、共融系液体とした。これらの物質は常温ではそれぞれ固体だが、共融点組成で混合すると約-7℃まで固化しなくなる。

同研究グループは、正極側に同共融系液体を用い、負極側に金属リチウムと有機系の電解液を用いて共融系電池を試作した。なお、正極側の共融系液体は活物質と電解液の2つの役割を担っている。

同共融系電池の理論的な特性は、電圧が約3.4V、正極側の容量が共融系液体の重量当たりで89mAh/g、体積当たりで145mAh/cm³であるが、実際に作製した電池で、25℃と40℃での充放電特性を測定したところ、初期放電電圧が約3.4V、正極側の容量が40℃では141mAh/cm³で、今回用いた共融系液体が正極の活物質としてほぼ理論値に近い理想的な動作をすることを確認している。

同共融系電池は正極側の電解液を別途必要とせず、また固体で問題になる構造劣化が生じない点が、電池を構成する上での大きな利点となる。同研究グループは今後、負極側にも共融系液体を用いた全共融系型二次電池を含め、優れた性能を示す実用的な共融系電池の開発を推進していくとしている。