科学者たちは、リチウム電池の容量を3倍にする技術を誤って発見しました

リチウム電池用の硫黄含有カソードを使った実験は、予期せぬ発見につながりました。科学者たちは、これまでになかった、室温での単斜晶系γ-硫黄（ガンマ-硫黄）の状態の一定の安定化を誤って達成しました。これにより、現在のリチウム電池の3倍の容量を持つリチウム硫黄電池の開発に期待が寄せられています。

電気自動車からスマートフォンまでの業界では、新しい大容量のバッテリーが必要です。それがなければ、進歩は困難です。新しいタイプのバッテリーの有望なバージョンの1つは、リチウム硫黄電池です。これは、理論的には、最新のリチウムイオンバッテリーの最大3倍のエネルギーを蓄えることができます。途中で大きな問題が1つだけあります。リチウム硫黄電池は、充電サイクルごとに非常に迅速に容量を失います。各サイクルで最大78％です。

フィラデルフィアのドレクセル大学の科学者がリチウム電池に硫黄を使用して安定した陰極を開発しようとしたところ、予想外の特徴が明らかになりました。陰極材料を扱う過程で、科学者たちは安定した形のγ硫黄を作り出すことができました。これは硫黄の2つの安定した結晶状態の1つであり、いわゆる単斜晶系ですが、95°C未満に冷却されると別の安定相（菱形）に移行します。

「前世紀の間、単斜晶系のγ-硫黄が得られた研究はほんのわずかしか行われていませんでした。それは20〜30分以内で安定していました。しかし、性能を低下させることなく数千回の充放電サイクルを経たカソードで作成しました。1年後の調査では、化学相は同じままであることが示されました」と、調査の著者の1人であるRahulPai氏は述べています。この作品はNatureCommunications Chemistryに掲載されており、次の場所で無料で入手できます。

https://www.nature.com/articles/s42004-022-00626-2

1年間の4000回の充放電サイクル（通常の使用の10年に相当）の後、硫黄カソードは安定したままであり、劣化しませんでした。予想通り、電池容量はリチウムイオン電池の3倍以上でした。科学者たちは熱心で、最終的に技術を商品化するために、プロセスのメカニズムを正確に理解しようとしています。

著者: Vitalii Babkin