固体電解質がリチウム硫黄電池に驚異的な耐久性を与える

ヨウ素が重要な成分であることが判明しました。硫黄との電子交換は比較的遅いのに対し、ヨウ素は極めて迅速に電子交換（専門用語では酸化還元反応と呼ばれます）を起こします。そのため、電子が硫黄に移動する際の中間体として機能し、電極で起こる反応を加速します。さらに、ヨウ素は融点と沸点が比較的低いため、研究者らはヨウ素が電解質内を移動し、電子シャトルとして機能することを可能にするいくつかの証拠があることを示唆しています。

成功と注意点

その結果、はるかに優れた電解液が生まれ、急速充電が可能になります。通常、急速充電ではバッテリーに保存できる総容量が減少します。しかし、非常に速い速度 (50C、つまり 1 分強でフル充電) で充電した場合、このシステムに基づくバッテリーは、25 倍ゆっくりと充電されたバッテリー (2C、つまりフル充電までに 30 分かかることを意味します) の半分の容量しかありませんでした。フル充電）。

しかし、驚くべきことは、結果として得られたバッテリーの耐久性でした。中間の充電速度 (5C) であっても、25,000 回以上の充放電サイクル後でも初期容量の 80% 以上を維持していました。対照的に、リチウムイオン電池は約 1,000 サイクル後にそのレベルの劣化に達する傾向があります。このような性能が量産バッテリーで可能であれば、多くのバッテリー駆動デバイスと私たちの関係を根本的に変える可能性があると言っても過言ではありません。

ただし、まったく明らかではないのは、これがリチウム硫黄電池の本来の約束の 1 つである、所定の重量と体積でより多くの充電ができるという利点を最大限に活用しているかどうかです。研究者は、テストに使用されるバッテリーを指定します。一方の電極はインジウム/リチウム金属箔で、もう一方の電極は炭素、硫黄、ガラス電解質の混合物です。電解質の層がそれらの間にあります。しかし、重量あたりの貯蔵容量の数値を与える場合、硫黄の重量のみが言及されます。

それでも、重量の問題で車や携帯電話に詰め込むことができないとしても、65 年間毎日サイクリングしても磨耗しないものから恩恵を受けるストレージ用途はたくさんあります。

自然、2025 年。DOI: 10.1038/s41586-024-08298-9 (DOIについて)。