ポステックは、湿気に弱い硫化物系固体電解質の弱点をも「回復」する新素材を開発。
公開日：2025-11-13 09:07
ポステックは、電池工学・新材料工学科のイ・サンミン教授、電池工学科のコ・スミン教授、電池工学・化学工学科のチョ・チャンシン教授、化学工学科博士課程学生のチョン・ヘビン氏らの研究チームが「プルシアンブルー類似体」を利用して損傷した硫化物系固体電解質の性能を回復する技術を開発したと13日、発表した。
全固体電池は発火しない安全な電池です。液体ではなく固体電解質を使用しているため、爆発の危険が少なく長寿命です。特に「硫化物系電解質」はイオン伝導性が高く、電極との密着性に優れているため、全固体電池の材料として有望視されています。しかし、この電解液は空気中の微量の水分と反応しやすく性能が急激に低下し、その過程で硫化水素（H₂S）や一酸化炭素（CO）などの有毒ガスが発生するという致命的な欠点がありました。
(左から)イ・サンミン教授、チョ・チャンシン教授、コ・ソミン教授、チョン・ヘビン教授
研究チームは硫化物電解質の一種である「LPSCl」に「プルシアンブルー類似体（PBA）」を添加することに着目した。 PBAは内部に水分やガスを吸収できる構造を持っており、湿気による損傷を防ぐだけでなく、劣化した電解液の性能を回復する役割も果たします。
研究チームは、マンガン（Mn）ベースのPBAと硫化物ベースの電解質であるLPSClを混合して複合電解質（MPB-LPSCl）を作製した。実験の結果、PBAを約4%配合した電解液は、従来品と同様の高いイオン伝導度を維持しながら、水分に触れると硫化水素の発生量が1/4、一酸化炭素の発生量が1/10に減少することが分かりました。
また、優れた電気化学的性能も示し、500 回の充放電サイクル後でも初期容量の 85.4% を維持しました。これは、同じ暴露条件下で 100 サイクル後に 79.3% に達しただけだった既存の LPSCl と比較すると、顕著な改善です。
さらに注目すべきは、湿気により損傷した電解質が、PBAを混合するだけで回復したことです。 LPSCl は相対湿度 5% の環境に 6 時間暴露すると、10 サイクル後に容量が急速に低下しましたが、MPB と混合すると、クーロン効率 99.9%、500 サイクル後の容量維持率 95.2% を記録しました。
MPB-LPSCl 材料と LSPCl 材料の空気暴露による劣化挙動の比較。 MPB の水分とガスの吸収能力に基づく、水分安定性の向上と性能回復の効果を示す画像。
チョ・チャンシン教授は「PBAは単なる保護剤を超え、損傷した電解液を再生するという新たな役割を果たす。全固体電池の実用化を加速する重要な転換点となるだろう」と述べた。また、イ・サンミン教授は、「この技術は、湿気に敏感な硫化物系材料の生産の信頼性を大幅に高めることができる」と述べた。
本研究成果は、産業通商資源部のエネルギー国際共同研究事業、科学技術情報通信部の地域イノベーションメガプロジェクト事業、産業イノベーション人材成長支援（研究開発）事業の支援を受けて実施され、このほど材料分野の国際学術雑誌に掲載されました。 「先端材料」 ネット上で公開されました。
浦項=チョン・ジェフン記者 [email protected]
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