電解質中を移動するLiイオンは自然拡散により、さまざまな方向に移動する。その距離は数μm～10μm程度であり、必ずしも電極間を直線的に移動しないため、イオン伝導度が低下してしまう要因の1つとなっていた。そこで今回、光架橋PEG系固体高分子電解質の性能向上に向け、マイクロメートルサイズの多孔膜との複合化を考案することにしたという。
研究チームではこれまでの研究で、水滴を鋳型としてマイクロメートルサイズの孔が穿たれた、ハニカム高分子多孔質膜の形成手法を報告済みだという。多様な疎水性高分子材料に対して同手法を用いることで、サブマイクロメートルからマイクロメートルサイズの多孔膜を形成可能であり、今回の研究では、孔のサイズが異なるハニカムフィルムと光架橋PEG系固体高分子電解質が複合化され、そのLiイオン伝導性の評価が実施されたところ、孔径が10μm前後の場合、10-4S/cmクラスの実用的な伝導度が得られたという。
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今回作成された高分子電解質の特徴 (出所:東北大プレスリリースPDF)
この孔径は、ちょうどLiイオンの拡散長と一致することから、孔の整流効果による性能向上であることが示唆されたとする。また、耐電圧性を示す電位窓も4.7V、リチウムイオンの輸率も0.39と、通常のPEG系固体電解質の0.10を超える高い性能を示すことが見出されたという。
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ハニカム高分子多孔膜と光架橋性高分子電解質のコンポジット電解質形成 (出所:東北大プレスリリースPDF)
なお、今回実現された電解質は簡便に高性能なLiイオン固体高分子電解質を提供できる上、多孔膜を内包することで、発火の原因となるLiイオンデンドライトの形成・成長抑止にも効果が得られると考えられると研究チームでは説明している。
