All solid-state electrochemical energy storage devices using strain-free MXene electrodes

本研究は、持続可能社会を構築するためのキーデバイスである全固体電池の実現を目指し、長寿命化の妨げとなる、イオン挿入脱離に伴う膨張収縮を起こさない‘無歪’電極材料を開拓する。具体的には、遷移金属炭化物ナノシートMXene（マキシン）を対象物質とする。2022年度においては、Ti3C2Txの組成を持つMXeneを電極活物質とした全固体電池を作製し、その特性評価を行った。固体電解質としては良質な電極－固体電解質界面を形成することが容易な硫化物固体電解質を使用した。その結果、作製された全固体電池は安定な充放電サイクルを示すことが分かった。この安定な充放電サイクルはMXeneの充放電に伴う体積変化が少ないこと、すなわち、電極－固体電解質界面を良好な状態で保持できることが原因であると予想された。しかし、高レートにおいては顕著な容量劣化も確認され、セル中の抵抗を低減する必要があることが分かった。また、LiCoO2を正極とするフルセルの試作も行い、100サイクル程度の安定な充放電が可能であることを見出した。しかし、高レートにおいては容量の低下は顕著であり、やはりMXene電極の出力特性を改善する必要があることが確認された。従って、2023年度以降は、高抵抗の原因を解明し、その改善を図る。

本研究は、持続可能社会を構築するためのキーデバイスである全固体電池の実現を目指し、長寿命化の妨げとなる、イオン挿入脱離に伴う膨張収縮を起こさない‘無歪’電極材料を開拓する。具体的には、遷移金属炭化物ナノシートMXene（マキシン）を対象物質とする。2022年度においては、Ti3C2Txの組成を持つMXeneを電極活物質とした全固体電池を作製し、その特性評価を行った。固体電解質としては良質な電極－固体電解質界面を形成することが容易な硫化物固体電解質を使用した。その結果、作製された全固体電池は安定な充放電サイクルを示すことが分かった。この安定な充放電サイクルはMXeneの充放電に伴う体積変化が少ないこと、すなわち、電極－固体電解質界面を良好な状態で保持できることが原因であると予想された。しかし、高レートにおいては顕著な容量劣化も確認され、セル中の抵抗を低減する必要があることが分かった。また、LiCoO2を正極とするフルセルの試作も行い、100サイクル程度の安定な充放電が可能であることを見出した。しかし、高レートにおいては容量の低下は顕著であり、やはりMXene電極の出力特性を改善する必要があることが確認された。従って、2023年度以降は、高抵抗の原因を解明し、その改善を図る。