主要成果
Fraunhofer ISEは、シリコンリッチ負極を採用した25 Ahパウチセルのサイクル試験において、1,000回以上の充放電後も元の容量の83%以上を維持したことを発表した。この際、セルレベルの重量エネルギー密度は280 Wh/kgを記録している。同研究所のLukas Dold氏は、シリコンリッチ負極の工業的利用における最大の障壁の一つがサイクル寿命であり、「1,000サイクルで容量維持率80%以上」という重要な性能目標を達成したと述べている。
技術・詳細
開発されたセルは、ドイツ・フライブルクにある同研究所の電気エネルギー貯蔵センターの半自動生産ラインにて、市販の電極箔を用いて製造された40層構造のパウチセルである。構成は、ニッケルリッチなニッケル・マンガン・コバルト（NMC）正極と、シリコンカーボン/グラファイト負極を組み合わせたものである。負極活物質の51%をシリコンカーボン複合体が占めており、負極の比容量は1,000 mAh/g以上、面積容量は5 mAh/cm²以上に達している。
性能評価は1Cのレートで行われ、軸方向の接触圧力を300 kPaと1,000 kPaの2条件で比較した。容量維持率83%という数値は1,000 kPaの条件下で得られたものである。一方、300 kPaの低圧条件下では、特に1C動作時に利用可能な容量の著しい低下が観察された。この結果から、シリコンリッチパウチセルの安定動作には機械的なセル圧力が重要なパラメータであることが示された。
また、セルが劣化するにつれ、定期的な低放電レートでの容量測定値と、通常の1Cサイクル中に利用可能な容量との乖離が拡大することも報告されており、実運用条件下での性能評価の重要性が指摘されている。
背景・業界の文脈
シリコンの理論比容量はグラファイトの10倍であり、シリコンカーボン複合体の採用は、世界的なグラファイト依存度の低減および欧州連合（EU）における原材料の価値創造のシフトにつながると期待されている。本研究は、PCC Thorionが主導し、Fraunhofer ISE、Glatt Ingenieurtechnik、LG Chem Europe、E-Lyte Innovations、UniverCell Holdingらがパートナーとして参画する「StrOboBatt」プロジェクトの一環として行われた。同プロジェクトは連邦政府から260万ユーロの資金提供を受けており、2024年から3年間の計画で実施されている。
今後の展望
今回の280 Wh/kgという数値は、最適化されていない研究用セルフォーマット（PrecISE）によるものであり、工業的に最適化されたパウチフォーマットを採用すれば、約330 Wh/kgに達すると予測されている。想定されるアプリケーションとしては、電気自動車（EV）や航空宇宙分野のほか、余剰な太陽光・風力発電の定置用貯蔵装置が挙げられている。
業界全体では、他の開発者も商用規模への移行を進めている。例えば、オーストラリアのRenewable Energy Agency（ARENA）は、Sicona社による商用規模の実証プラント建設に最大4,500万オーストラリアドル（3,160万ドル）の助成金を交付した。Sicona社の材料は、リチウムイオン電池のエネルギー密度を最大20%向上させ、従来のグラファイト負極よりも最大40%高速な充電を可能にするとされている。
元記事: https://www.ess-news.com/2026/10/21/fraunhofer-silicon-rich-cells-retain-over-83-after-1000-cycles/
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