美國阿貢國家實驗室等提高了容量有望達到鋰離子電池4倍以上的鋰空氣電池的耐久性，同時實現了達到實用水準的1000次充放電。這不僅可以延長純電動汽車(EV)的續航里程，還有助於實現飛機和卡車的電動化。力爭在2030年代前半期實現實用化。

         

  

      阿貢國家實驗室和美國伊利諾伊理工大學試製的是被稱為「夢想中的蓄電池」的鋰空氣電池。理論容量達到每公斤約3000瓦時，達到據稱上限為300瓦時的鋰離子電池的10倍。

  

      阿貢國家實驗室的特別研究員Larry Curtiss期待地表示：「（鋰空氣電池）在新一代電池之中擁有最高的能量密度」。該實驗室力爭將容量提高到鋰離子電池的4倍。這一水準可實現充電一次即可行駛1000英里(約1600公里)以上的純電動汽車。這將是目前標準純電動汽車的4倍左右。

   

   

      現有的鋰離子電池很難進一步提升容量。除了鋰空氣電池以外，正極使用硫磺的鋰硫電池、負極使用鋰金屬的鋰金屬電池還有將電解液改為固體電解質的全固態電池的開發也在推進。

  

      然而，所有電池將容量提高至1.5～2倍被認為是極限。鋰空氣電池可以將攜帶電子的鋰離子大量儲存在負極的鋰金屬中。正極利用空氣中的氧代替傳統的鋰化合物，可以實現電池的輕量化。

  

      不過，以往在放電過程中，鋰離子容易與氧結合，産生過氧化鋰這種雜質。這種物質在充電時很難再變回鋰離子。因此，將對電池施加過多的電壓，電池容易劣化。

  

      在負極，鋰金屬的結晶呈針狀生長，有可能到達正極，造成短路，只能進行數十次的充放電。

  

      為了克服這些缺點，阿貢國家實驗室等機構採用固體電解質代替電解液。在鋰鹽和樹脂的複合體之中，混合面向全固態電池開發的鋰和磷的化合物等，製造出電解質。

  

      通過用正極和負極夾住電解質，試製出了電池。容量為每公斤685瓦時，達到鋰離子電池的逾2倍。由於固體電解質不易分解，緊貼負極施加壓力，所以可防止鋰枝晶的形成。放電時不易産生多餘的過氧化鋰。反覆充放電1000次後仍能維持88%的容量。

  

      不過，固體電解質攜帶離子的性能較低，存在難以産生高電壓和強電流等的課題。攜帶離子的性能根據作為材料的元素的種類和比例而發生變化。今後將探索最佳成分，將性能提高至數倍。將進一步使固體電解質變薄，實現輕量化，提高每千克的容量。

  

      特別研究員Larry Curtiss表示，將通過這些改良，「瞄準(相當於鋰離子電池的4倍的)每公斤1200瓦時的容量」，力爭與汽車製造商等攜手實現實用化。

  

      目前在汽車領域，輸出功率較高的大型車的電動化滯後。如果鋰空氣電池得以實用化，連接美國城市的長途卡車有望實現電動化。飛機的電動化也將成為可能。

  

      在鋰空氣電池中使用固體電解質、借此延長壽命的研究領域，阿貢國家實驗室領先，但世界各國都在推進。南韓的蔚山科學技術院等在2020年成功實現了100次充放電。多項相關專利已經被申請並公開。

  

      日本的物質材料研究機構(NIMS)與軟銀等聯合將電解液與固體電解質的薄膜結合，2023年宣佈可充放電20次以上。

      

日本東北大學推進延長鋰空氣電池壽命的研究

     

      日本東北大學在使用電解液的基礎上，推進正極的長壽命化。使用大量具有直徑為7奈米(奈米為10億分之1)的小孔的碳材料作為正極。利用熱處理將氧等容易附著、隨後開始劣化的部分清除。即使對試製的電池充放電，正極也沒有劣化。

  

      大阪大學的教授中西周次等人在日本科學技術振興機構(JST)的支援下，從2月開始與美國、德國和英國展開截至2028年末的國際聯合研究。力爭在2030年代前半期推向實用化。

 

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