도쿄공업대학, 도쿄대학, 산업기술종합연구소, 야마가타대학의 공동연구그룹은 전고체 전지의 성능이 열화되는 기구를 밝혀내고, 이를 가열처리만으로 대폭 개선하는 기술을 개발 했다.

 불타는 고체 전해질을 사용하기 위해 안전한 전고체 전지는 리튬 이온 전지를 비롯한 가연성의 액계 전해질을 이용하는 기존 전지의 대체를 향해 기대를 모으고 있다.그러나, 고체 전해질과 전극이 접하는 계면의 저항(계면 저항)이 크고, 고속 충전의 실현에는 과제가 있었다.

 본 연구자들은, 전고체 전지의 계면저항 증대의 요인을 검토한 결과, 제작 프로세스에 있어서 전극 재료가 대기 및 수증기에 노출되면 계면 저항이 10배 이상으로 증대해 버리는 것을 발견했다.

 한편, 이것에 의해 저하된 전지 성능을 개선하는 수법도 발견되었다.열화된 전지를 150℃ 정도로 가열 처리하면, 계면 저항은 가열 처리 전의 1/10 이하로 저감하고, 대기나 수증기에 전혀 노출하지 않고 제작한 전지와 동등한 저항값을 되찾을 수 있는 것이 알았다고 한다.

 이 열화·회복의 메카니즘에는, 프로톤(수소 이온)이 관여하고 있다.대기나 수증기 중의 수분 유래의 프로톤이 전극 내부에 침입함으로써, 계면의 리튬 이온 수송이 방해되어 계면 저항의 상승을 일으키지만, 가열 처리를 실시하면, 침입한 프로톤은 고체 전해질 중에 자발적으로 이동해 탈리해 정상적인 계면으로 회복시킬 수 있다고 한다.

 본 연구 성과는, 전고체 전지의 고성능화를 향한 큰 한 걸음이며, 실용을 향한 약진이 될 것으로 기대된다.

논문 정보:【ACS Applied Materials & Interfaces】Drastic reduction of the solid electrolyte–electrode interface resistance via annealing in battery form

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