「リチウム－空気電池」ドロイド

 

 

 
【スターウォーズ・デザイン　エピソードⅠ】

すべてはデザインで決まる。

 

 　

フライング・カメラ・ドロイド（飛行カメラ・ドロイド）はレーザで追尾し、進行状況をアリーナ中
継する。対するこちらの蜘蛛のような足を持ったドロイドは、シンプルなメンテナンス・ドロイドで
ある。

 

グンガン軍

【リチウム－空気電池】

今日も朝からリカバリー。そういえばパソコンの売上げが低減しているということだ。孤軍奮闘？い
や、いや一騎当千は昔から！？男は黙って仕事だったっけ。もくかとも、入浴までに、骨太事業開発
の作業を継続させたが、ブログにたどり着いたものの頭の中は真っ白けの白化状態だ？！そこで、リ
チウム－空気電池のお浚い、いや、お復習い。安全と大容量を兼ねた全固体型リチウム-空気電池に
関する「特開2013-137868　無機固体電解質を用いた液体およびポリマーフリーのリチウム－空気電
池」の。

このような目的にかなうのが、次世代のリチウムイオン電池の代替品としてのリチウム-空気電池の。
つまり、リチウム-空気電池の理論的なエネルギー密度が現存する蓄電池に比べ遥かに大きいからで
だ。リチウム-空気電池は、酸素正極とリチウム負極との組み合わせにより、3600Wh/kgのエネルギー
密度（＝容量1200Ah/kg×操作電圧3.0V）が理論的に供給できるのだ。しかも、理論エネルギー密度
（3600Wh/kg）は、必要とするリチウムおよび酸素の全質量に基づいて算出されたもので、これが空
気供給される酸素が直接利用できれば、リチウム-空気電池はより高いエネルギー密度を有すること
になる。これまで商業用リチウムイオン電池では有機電解液を使用し、現在研究途上にあるリチウ
ム－空気電池でも同様の有機電解液を使用している。

しかし、電解液は可燃性であり、電池の短絡などによる発熱・高温環境ではリスクが高いため、より
安全な電池の開発が望まれていたのだが、リチウムイオン二次電池の安全性を飛躍的に向上する技術
として、有機電解液に変わる不燃性の無機固体電解質を用いた全固体リチウムイオン電池の研究が行
われているというわけだ。リチウム－空気電池でも固体電解質を使用することで、全固体型のリチウ
ム-空気電池を構成できれば、リスクは小さくなる。

一般的に固体電解質は、高イオン伝導性は高温焼結で得られる。固体電解質を用いた全固体電池は、
高温焼結した固体電解質上に低温で作製できる薄膜形状の電極を後付けするが、薄膜形状の電極では
エネルギー量が小さく、この欠点をカバーするには、空気極の表面に連続する凹凸部を設ける等の工
夫が試みられているものの、大容量蓄電池の電極は薄膜型ではなく、粉末成型体であるバルク形状の
電極だった。また、全固体電池では、イオンの伝導性を良好に保つには、電極と固体電解質とが密接
に接合、大容量蓄電型の全固体型リチウム－空気電池の高いイオン伝導性のバルク形状の空気極を開
発する必要があった。このため、固体電解質粉末と触媒と導電助剤、固体電解質粉末と導電性触媒あ
るいは固体電解質粉末と導電助剤を混合、成型、焼結し、固体電解質の粉末と導電助剤のみを使用す
る場合は、焼結後、触媒活性成分を担持し作製。固体電解質と密接々合し、イオンの伝導性を良好に
保つことができるバルク型構造の空気電極を使用し問題解決している。 

作り方といえば、固体電解質ペレットを固体電解質粉末を成型し、900℃～1250℃で焼結させること
で作製する。空気極は固体電解質と炭素を混合したものを溶媒中に分散させた後に、固体電解質ペレ
ット上に堆積させ、堆積後に静水圧加圧による圧着過程を経ることで滑落しにくい空気極を作製する
ことも可能だという。その後、700℃～1250℃、アルゴン雰囲気中で焼成し→空気極とは逆側にリチ
ウム金属と銅集電体を圧着→180～250℃で熱処理→リチウム金属を融着させる。得られた全固体リチ
ウム－空気電池は空気穴を有するラミネートフィルムで封止し、空気極とアルミニウム集電体を接触
させ樹脂板で加圧固定。電池の作製は、露点が－50℃以下のアルゴン雰囲気中で行い、電池の充放電
試験は通常の生活環境下で行ったというが、実施例は次の通り。 

図１

固体電解質にLAGPを用いて、図１に示すとおりの全固体型リチウム－空気電池を構築し、充放電
試験を行なう。

（１）固体電解質ペレットの作製

固体電解質Ｌi_1.575Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃（LAGP）の粉末を350MPaの圧力で１軸成型した後、100MPaの
静水圧加圧を行い、900℃で6時間焼成することによって厚さ１mm、直径13mm、リチウムイオン伝
導度1.4x10^-4S/cmの固体電解質ペレットを作製した。

（２）空気極の作製

固体電解質Li_1.575Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃の粉末（平均粒径１μｍ）とマイクロフェーズ社製の多層カ
ーボンナノチューブ（LLCNT）を100：５の比率で混合したものをエタノール中に分散させた後に
固体電解質ペレット上に直径７mmの円形状にドロップキャストした。その後700℃で10分間、ア
ルゴン雰囲気中で焼成を行った。なお、ドロップキャストによる堆積後に100MPaの静水圧加圧に
よる圧着過程を経ることで滑落しにくい空気極を作製することも可能である。

（３）負極の配置及び電池の組み立て

次に空気極とは逆側に直径10mmのリチウム金属と銅集電体を圧着し、220℃で熱処理を行うこと
でリチウム金属を融着させた。得られた全固体リチウム-空気電池は空気穴を有するラミネート
フィルムで封止し、空気極とアルミニウム集電体を接触させ樹脂板で加圧固定した。電池の作製
は、露点が－60℃以下のアルゴン雰囲気中で行った。

（４）充放電試験

作製した電池の充放電試験は、充放電測定システムを用いて、通常の生活環境下で行った。電池
の放電は、炭素の重量当りの電流密度10mA/gで、開回路電圧から電池電圧が2.5Vに低下するまで
測定を行った。また、充電は、同電流密度で、電池電圧が5Ｖに増加するまで行った。充放電容
量は炭素の重量あたりの値（mAh/g）で表す。図２に初回の放電および充電曲線を示す。図２よ
り、LAGPを用いて作製した全固体リチウム－空気電池は2.5～3Vの領域で放電できることがわか
った。また、その放電容量は4000mAh/gを超える大容量であった（従来のリチウムイオン電池の
正極容量は150mAh/g程度である）。放電後は約4Vで充電でき、その充電容量は3000mAh/gであっ
たという。

ここまで書くと堺正章の「チューボーですよ」（スポンサー：サントリー）が放映しれている。
ここまできたら、「リチウム－空気電池」のドロイドになってもイイっか？！という気分だ。つ
まり、照準を定めるべしと。

※　特開2011-70939　全固体型リチウム二次電池
※　 LAGP：Li₁+xGe₂-yAlyP₃O₁₂


  

 

 

先日の「臨時百名山踏破」で紹介したように、スカイテラス伊吹山が完成していて驚いたが、伊吹山
ドライブウェイのパンフレットやホームページをみていて、この間訪ねた小豆島だけでなく、町おこ
し・里山おこしが盛んに行われていていることを実感する。特徴なこととして、トイレ手洗い施設充
実されていることだ。伊吹山山頂駐車場には水道が引かれていないため、トイレで使用する水は毎日
トラックで運び上げていて、貯水槽の容量にも運搬員にも限りがあるという。また、非常に湿気が多
い場所ですのでトイレットペーパーは湿ってしまってすぐに使い物にならなくなってしまうとかで、
節水、トイレットペーパーの持参などの協力を呼びかけている。因みに、年間約500万円にのぼるトイ
レの維持、清掃、改善費の一部でもまかなえるように協力金も依頼中だ。これは有料道路料金がばか
にならないが、必要経費として含めればと思うが会計上都合上であれば、そのように変更すればよい
と思うのだがどうなんだろう。

ところで、伊吹山花暦がパンフレットに記載されていたのが気を惹き、なにか面白いことができそう
な思いにつかれが、いずれ考えてみようと残件扱い。