リサーチハイライト

リチウム空気電池(LOB)は理論上、高いエネルギー密度を持つため、次世代のエネルギー貯蔵デバイスとして大きな可能性を秘めている。一方で、LOBの能力を最大限に引き出すには、触媒となる炭素正極がLOBの高い過電圧を緩和するメカニズムを理解することが鍵となる。

このメカニズムを明らかにするため、2023年にAIMRのYu特任助教、西原教授らの研究チームは、グラフェンのベーサル面欠陥（トポロジー欠陥）と、グラフェンに担持されたRuナノ粒子がLOB炭素正極での酸素還元・酸素発生反応に及ぼす影響を調べた¹。

研究チームは、エッジサイトを持たず、多くのトポロジー欠陥を有するRu担持グラフェンメソスポンジ(GMS)正極を合成し、電気化学的性能の評価を行った。その結果、GMS正極では従来の炭素正極よりも放電容量が向上し、担持されたRu粒子により正極のサイクル安定性が増すことが明らかとなった。また、GMSとRuによる連続的な触媒反応により、過電圧が効率よく低下することがわかった。

本研究を主導したYu特任助教は、「連続的な触媒反応機構を実証することは、LOB研究における重要なステップでした。今回、GMSを用いてトポロジー欠陥の触媒作用についてさらに詳しく調べることにしました²。その結果、2つのプラトー電位がトポロジー欠陥によるLi₂O₂ナノシートの分解とRuナノ粒子によるLi₂O₂環状体の分解に対応していることを明らかにできました」と、研究成果について語っている。

研究チームは今後、自立型の多孔質正極の設計に焦点を当て、実用的な高性能LOBの実現を目指した研究をさらに進めていく予定だ。

（原著者：Patrick Han）