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2025-12-22 16:49:00
熱暴走や爆発のリスクを低減しながら、EVの走行距離に関する懸念を軽減するのに十分な大幅に高いエネルギー貯蔵を実現する新しいバッテリー技術が開発されました。 POSTECH の研究チームは、外部磁場を使用してリチウムイオンの輸送を制御し、高エネルギー密度電極におけるデンドライトの成長を効果的に抑制する次世代ハイブリッド負極を開発しました。
デンドライト
充放電を繰り返すと形成されるリチウム金属の針状、樹状の結晶構造。樹枝状結晶が電極表面を通って成長し、セパレータを貫通すると、内部短絡を引き起こし、火災や爆発を引き起こす可能性があります。したがって、デンドライトの形成を抑制することは、リチウム金属電池の開発における中心的な課題です。
POSTECH 研究チームは、化学工学科および電池工学研究科の Won Bae Kim 教授が率いるとともに、Song Kyang 博士および総合博士号を取得しました。学生の Minho Kim は、強磁性マンガンフェライト変換型陽極に外部磁場を印加する「磁気変換」戦略を導入しました。この研究は主要なエネルギー誌に掲載されました エネルギーと環境科学。
磁気変換
変換型アノード材料として使用される強磁性遷移金属酸化物に外部磁場を印加するハイブリッドアノード設計戦略。これにより、電極内のリチウムイオン束と核生成を磁気的に制御できるようになり、サイクル中の均一性と安定性が向上します。
変換型
電気自動車と大規模エネルギー貯蔵市場が急速に拡大する中、バッテリー業界は、安全性を保ちながらより多くのエネルギーを貯蔵するバッテリーの開発という差し迫った課題に直面しています。リチウム金属アノードは理論的には非常に高い容量を提供しますが、充電を繰り返すと鋭い針状のデンドライトが形成される傾向があり、セパレーターを突き破って内部短絡を引き起こし、火災や爆発を引き起こす可能性があります。一方、現在広く使用されている従来のグラファイト陽極には固有の容量制限があるため、次世代陽極技術が不可欠となっています。
ローレンツ力
さらに、アノードはハイブリッド システムとして動作し、酸化物マトリックス内と表面に堆積された金属リチウムの両方でリチウムを貯蔵します。この二重のメカニズムにより、樹枝状結晶を形成することなく安定した充放電サイクルを維持しながら、市販のグラファイトアノードよりも約 4 倍高いエネルギー貯蔵容量が可能になります。特に、このバッテリーは 300 サイクルを超えて 99% 以上のクーロン効率を維持し、優れた長期安定性を実証しました。
研究を主導したWon Bae Kim教授は、「このアプローチは、リチウム金属アノードの2つの最大の課題、不安定性と樹枝状結晶の形成に同時に対処します。これは、より安全で信頼性の高いリチウム金属電池への新たな道を示しています。」と述べた。同氏はさらに、「この技術が次世代バッテリーの容量、サイクル寿命、充電速度を向上させるための基盤として機能することを期待しています。」と付け加えた。
参照： Kang SK、Kim M、Hong S 他高エネルギー密度とデンドライトフリーのハイブリッド リチウムイオン/リチウム金属バッテリーを実現する磁気変換陽極設計。 エネルギー環境科学。 2025;18(21):9561-9574。土井： 10.1039/D5ee02644J
#磁力変換戦略により爆発のないバッテリーが実現