日本东北大学正在研究含有氢簇（由氢和硼形成的复合离子）材料的锂离子导电性，此次通过设计氢簇的分子结构，开发出了锂离子能高速导电的新型锂超离子导电材料，并发现这种材料对于可实现高能量密度的锂负极显示出了高稳定性。此外还证实，将新开发的这种锂超离子导体用作全固体电池的固体电解质，电池的使用时间能大幅增加。
相关论文已于2019年3月6发表在英国科学杂志《自然通讯》（Nature Communications）的网络版上。
研究的目标是使复合氢化物在室温下实现锂的超离子导电。重点在于提高复合离子本身的不规则性。因此，研发小组选择了两种高度不规则的复合离子（(CB9H10)-和(CB11H12)-），并通过将二者适当混合，进一步增强了不规则性。
对新开发的复合氢化物锂离子导电材料0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)进行详细调查发现，温度在室温附近时，复合离子也能保持不规则性，最终在25°C的温度下获得了6.7mScm-1的锂离子导电率。在截至目前报告的复合氢化物中，这是最高的锂离子导电率，完全能媲美液体电解质的导电率。
另外，研发小组还在新开发的材料与具备高能量密度（与锂离子电池的负极材料碳相比，拥有10倍左右的能量密度）的“终极”负极材料——锂的界面，评估了锂的易移动性。发现界面电阻实现了迄今为止的最低值0.78Ωcm2。也就是说，锂在界面非常容易移动。这个结果表明，0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)对锂负极也显示出了高稳定性，这对固体电解质来说是非常重要的性质。
基于锂超离子导电性和对锂负极的高稳定性等优异特性，研发小组利用新开发的材料制作了全固体电池，调查了充放电特性。
实验证实，将0.7L(CB9H10)-0.3Li(CB11H12)和锂分别作为固体电解质和负极的全固体电池在25°C的温度下能稳定工作。另外，还通过50°C温度下放电20分钟的充放电试验证实其具备2500Wh/kg的能量密度，这是迄今为止采用锂负极的全固体电池中的最高值，也就是说，电池的使用时间能够实现大幅增加。
文 JST客观日本编辑部
