日本物质材料研究机构（NIMS）的主任研究员松田翔一、NIMS博士后研究员小野爱生、特别专门职山口祥司以及研究员鱼崎浩平（NIMS软银先进技术开发中心主任）等人组成的研究团队，开发出了500Wh/kg级的锂空气电池，其重量能量密度远远高于现有锂离子电池，并实现了常温充放电反应。与全球各地报告的锂空气电池相比，能量密度和充放电循环次数都是世界最高水平，这是朝着锂空气电池的实用化迈出了一大步。相关成果已经在线发布于Material Horizon。
（a）ALCA-SPRING自主开发的锂空气电池用材料，（b）在NIMS-SoftBank先进技术开发中心开发的电池单元制造技术，（c）在该研究中首次通过实验确认500Wh/kg级锂空气电池的常温充放电反应（供图：物质材料研究机构）
锂空气电池是理论重量能量密度达到现有锂离子电池数倍的终极二次电池，由于重量轻、容量大，有望广泛应用于无人机、纯电动汽车和家用蓄电系统等领域。
NIMS一直在JST的ALCA新一代蓄电池项目下开展基础研究，2018年与软银公司共同成立了NIMS软银先进技术开发中心，面向手机基站、IoT和HAPS（High Altitude Platform Station）等推进了实用化研究。
锂空气电池理论上表现出非常高的能量密度，但以往的锂空气电池特性评估常用的电池由于隔膜和电解液等不直接参与电池反应的材料占电池重量的比例较高，实际制造并评估高能量密度锂空气电池的例子很少。
锂空气电池采用层叠正极（氧电极）、隔膜＋电解液和负极（金属锂）的结构。在放电反应中，负极的金属锂溶到电解液中，在正极与氧发生反应，析出过氧化锂。过氧化锂的析出量就是蓄电容量，因此正极的碳材料最好是拥有高空隙率和高比表面积的材料。而充电反应与放电反应相反，正极的过氧化锂分解释放氧气，在负极析出金属锂。此时正负极都需要能以高可逆性进行反应的电解液材料。
研究团队此前通过ALCA项目下的研究，开发出了能最大限度发挥锂空气电池的高潜力的多孔碳电极，以及含有氧化还原介体的电解液等独特材料。
此次，研究团队通过把在NIMS软银先进技术开发中心开发的电解液注入技术和电极层压技术等高能量密度锂空气电池单元制作技术应用于这些材料，全球首次实现了能量密度远远高于现有锂离子电池的500瓦时/公斤级锂空气电池的常温充放电反应。
今后，通过将目前正在开发的改良材料用于500瓦时/公斤级锂空气电池，有望大幅延长充放电循环寿命，促进锂空气电池早期实现实用化。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
