地球温暖化抑制のための高性能・安全・低コストな固体蓄電キャパシタの開発
【研究キーワード】
キャパシタ / 蓄電素子 / エネルギー密度 / 固体電解質 / リチウムイオン伝導体 / 蓄電キャパシタ / 地球温暖化
【研究成果の概要】
二酸化炭素排出量を抑制し地球温暖化をストップするには、エネルギー密度の高い蓄電装置がキーテクノロジーとなる。現在ある蓄電装置で最もエネルギー密度
が高いのはリチウムイオン電池であるが、本研究では安全性が高く繰り返し充放電で劣化しないキャパシタを用いて新しい蓄電装置を作ることを目的としている。本キャパシタはリチウムイオンの長距離移動により分極を発生する。本キャパシタがリチウム電池と匹敵するエネルギー密度を得るためには、高電圧駆動が必須である。しかしながら、リチウムの酸化還元電位である約４Ｖ以上の電圧を印可すると固体のリチウムイオン伝導体が高電圧化で電気分解することが問題となる。
昨年度は、固体電解質の電気分解を抑制するファラデー電流バリアという概念を提案した。今年度はさらなる高電圧化を実現する方法について検討した。最も単純な方法はファラデー電流バリアの積層化であるが、積層化は製造プロセスが高コストとなりすぎ実用化には適さない。そこで積層構造と同じ効果を桁違いの低コストで実現する方法を考案した。この方法では特殊なマイクロ・ナノ構造を電解質内に形成することにより、汎用セラミックスプロセスで充放電の高電圧化が可能となる。まず、電磁界シミュレーションを用いて計算上ではこの方法が有効であることを明らかにした。次に、実際の試料についてであるが、新たにリチウムイオン伝導体として低温合成可能なアンチペロブスカイト化合物を採用し、これとシリコン、ニッケルなど導電体を組み合わせて特殊なマイクロ・ナノ構造を作製した。このキャパシタの特性を測定したところ、確かに高電圧化ができてはいたが、その程度は理論予測値よりも著しく低いものであった。この原因は、マイクロ・ナノ構造の精度が不十分なためであることを見出した。
【研究代表者】