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プレスリリース

全固体ナトリウム蓄電池の室温作動に世界で初めて成功

更新日: 2012年5月23日

 本研究は、独立行政法人 科学技術振興機構(JST)の戦略的創造研究推進事業「先端的低炭素化技術開発(ALCA)」の一環として行われ、2012年5月22日(英国時間)発行の英国科学雑誌「Nature Communications(ネイチャー・コミュニケーションズ)」のオンライン速報版で公開されます


1.研究の背景と経緯

 小型ポータブルデバイスの電源として広く普及しているリチウムイオン電池は、軽量かつ高エネルギー密度という特長を持っています。近年この電池は、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車の駆動電源や家庭用蓄電池としての用途が拡大しつつあり、電池の大型化が進められています。それに伴い、電池にはより一層の安全性と低コスト化が求められており、リチウムイオン電池にかわる、全固体ナトリウム蓄電池の開発が期待されています。
 ナトリウムはリチウムに比べて資源量が多く、産地偏在の懸念がありません。大型蓄電池としての普及に対してはナトリウム蓄電池が有利であると考えられます。



薄膜型全固体電池とバルク型全固体電池の模式図

図1:
薄膜型全固体電池とバルク型全固体電池の模式図。一般的には、バルク型全固体電池は、微粒子を圧粉成形することによって作製される。


2.研究の成果と内容

 全固体ナトリウム蓄電池を実現するためには様々な課題がありますが、キーマテリアルである高いナトリウムイオン伝導性を示す固体電解質材料の開発が優先課題として挙げられます。本研究では、超イオン伝導性硫化物材料である立方晶 Na3PS4 を発見し、室温(25 ℃)で 2×10-4 Scm-1 の高いナトリウムイオン伝導度を示す固体電解質を開発しました。



本研究で作製した固体電解質のX線回折パターン


















これまでに報告されているナトリウムイオン伝導性無機固体電解質のイオン伝導度と、今回発見したガラスセラミックスおよびガラスのイオン伝導度の比較 


β-アルミナと本研究で開発した硫化物ガラス系電解質の抵抗の周波数分散の比較 


ガラスセラミックスのサイクリックボルタモグラム 


全固体電池の充放電曲線 

3.今後の展開


4.付記

  • 事業名:戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発(ALCA)
  • 開発課題名:「全固体ナトリウム-硫黄系高容量電池の開発」
  • 研究開発代表者:林 晃敏(大阪府立大学大学院 助教)
  • 研究開発期間:平成22年度~27年度(予定)

5.掲載論文

  • 題目:Superionic glass-ceramic electrolytes for room-temperature rechargeable sodium batteries
  • 雑誌:Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms1843)

6.用語解説


(解説1) 固体電解質

固体状態の電解質。例えば実用化されているリチウムイオン電池では可燃性の有機電解液が用いられているが、これを無機固体電解質に置き換えることによって、液漏れや発火などの心配のない安全性の高い電池の実現が期待されている。


(解説2) 全固体電池

負極、電解質、正極の全てに固体材料を用いた電池。安全性が高く長寿命で、様々な電池形態を取り得るという点で究極の電池としてその開発が期待されている。


(解説3) 電位窓

電解質が安定に存在しうる電位範囲のこと。電位窓が広い固体電解質では、より高電位を示す正極や、より低電位の負極との組み合わせが可能となる。


(解説4) ナトリウム-硫黄電池

負極にナトリウム、電解質にβ-アルミナ、正極に硫黄を用いた電池で、 760Whkg-1 の大きなエネルギー密度を持つのが特長。250℃以上の高温で作動させるため、作動時には電極は液体状態となるため、電池の内部抵抗が低く保たれている。定置用の大規模電力貯蔵用蓄電池として主に用いられている。

(解説5) β-アルミナ電解質

代表的なナトリウムイオン伝導性の固体電解質。通常は Na2O・11Al2O3組成を持ち、固体中をナトリウムイオンが高速で伝導できる結晶構造を有する。

お問合せ先

公立大学法人大阪府立大学
大学院工学研究科 物質・化学系専攻
応用化学分野 
助教 林 晃敏
Tel 072-254-9334(ダイヤルイン)
Fax 072-254-9334
Eメール hayashi[at]chem.osakafu-u.ac.jp [at]の部分を@と差し替えてください。