도쿄공업대학의 이치스기타로 교수 등은 도호쿠대학의 가와시타 히데유키 조교, 일본공업대학의 시라키미 교수와 공동으로 고출력형 전고체 전지로 매우 낮은 계면저항을 실현하여 초고속 충방전의 실증에 성공했다.
현재, 통상의 리튬 이온 전지보다 높은 전압을 발생하는 고출력형 전고체 전지가 주목받고 있다.실용화에의 과제의 하나가 고전압을 발생하는 전극과 고체 전해질이 형성하는 계면에서의 리튬 이온의 저항 저감이지만, 계면 저항 저감에 대한 명확한 방책은 없고, 실현성은 불분명했다.
연구 그룹에서는 박막 제작 기술과 초고진공 프로세스를 활용하여 5V 정도의 고전압을 발생하는 전극 재료를 이용한 이상적인 전고체 전지를 제작.고체 전해질과 전극의 계면에 있어서의 이온 전도성을 평가한 결과, 계면 저항이 7.6Ω㎠라는 매우 낮은 값이 되었다.이것은 종래의 전고체 전지에서의 보고보다 2자리 정도 낮고, 액체 전해질을 이용한 경우와 비교해도 2자리 정도 낮다.또한, 활성화 에너지는 초이온 전도체와 동일한 정도의 낮은 값(1 eV 정도)을 나타내었다.
이러한 저저항 계면의 안정성을 탐구하기 위해 충방전 시험을 실시하여, 대전류(14mA/cm2)에서도 안정적으로 고속 충방전하는 데 성공했다. 100회의 초고속 충방전에서는 전지 용량의 변화는 전혀 보이지 않았고, 리튬 이온의 고속 이동에 대해서 고체 전해질과 전극의 계면이 안정한 것을 실증하였다.또한, 전고체 전지의 구조 해석을 행한 결과, 고체 전해질과 전극의 계면을 형성한 직후에, 고체 전해질로부터 전극으로, 리튬 이온이 자발적으로 이동하는 것도 밝혀졌다.
이번 성과는 고출력형 전고체 전지의 실용화를 위한 중요한 한 걸음이 될 뿐만 아니라 고체 전해질과 전극의 계면에서의 이온 수송의 학리 구축에도 이어질 것으로 기대된다.
