ブックタイトル鉱山2019年10月号

概要

鉱山2019年10月号

素が還元されて，さらにLi +イオンと反応して過酸化リチウム（Li 2 O 2）が生成する。充電は放電反応の逆反応であるが，反応経路は複雑である。酸素の還元の結果，生成するLi 2 O 2はイオン伝導性も電子伝導性も有しないので，集電体として多孔質な炭素などが重要な役割を果たす。炭素の表面にLi 2 O 2が放電により生成し，充電によりLi +イオンと酸素に変換される。電解液には酸素の還元が生じやすい1 mol dm -3 LiTfO / TEGDME（トリフルオロメタンスルホン酸リチウム／トリエチレングリコールジメチルエーテル）が用いられる。しかし，この電解液中での放電と充電の可逆性は高くないため新規電解液の開発が求められている。新しい電解液としてLiBrとLiNO 3を含む50 mmol dm -3 LiBr＋1 mol dm -3 LiNO 3 /TEGDMEが提案されている[3]。この電解液を用いることにより優れた可逆性が得られることが明らかになっている。また，この電解液はLi金属負極の可逆性を向上させる効果もあることが報告されている。図7に上記2種類の電解液を使用したLi空気電池の充放電曲線を示す。かなり充放電効率が改善されている。リチウム金属負極に対しても効果を示し，リチウム金属負極の可逆性が向上することが報告されている。この電池のもう一つの重要な部材が集電体炭素である。炭素を多く使用すると正極の実用量は減少し電池のエネルギー密度も小さくなる。したがって，できる限り少ない量の炭素で集電しつつより多くのLi 2 O 2が生成するようにしなければならない。このためカーボンナノチューブやグラフェンに代表されるナノカーボンが注目されている[4]。リチウム空気電池の構造は他の電池と異なり，大気から酸素を取り込まなければならないので特殊な構造となる。空気の取り込みが必要であり特徴的な構造となっている。このような構造の電池のエネルギー密度を，試作電池を用いて測定すると600 Wh kg -1程度となる。5-5 Mg二次電池Mg金属を負極に用いた二次電池である。Mg金属はLiに比較して体積当たりのエネルギー密度が高い電池である。図8に各種負極の容量密度を示す。このように大きな容量密度を有するMg金属負極を使用して電池を作製することで高いエネルギー密度を有する電池の作製が可能となる。しかし，Mg二次電池には多くの問題が残っている。Mg金属電池の最大の問題点は電解液にあり，既にGrignard試薬を用いることでMg負極の溶解・析出が比較的可逆に進行することが報告されている。しかし，この電解液を用いて図8各種負極材料の容量密度図7 2種類の電解液を用いたLi空気電池の充放電曲線－6－鉱山第779号2019年10月