主要成果
Fraunhofer ISEは、シリコンリッチ負極を採用した自社製バッテリーセルにおいて、1,000回を超えるフルサイクル後も、元の容量の83%以上を維持することに成功した。この研究用セルのエネルギー密度は280ワット時/キログラム（Wh/kg）を達成しており、産業向けに最適化したセルフォーマットでは、約330Wh/kgに達すると同研究所は見込んでいる。
技術・詳細
今回の検証では、StrOboBattプロジェクトの一環として、軸方向の外部圧縮圧力がサイクル寿命に与える影響を比較した。具体的には「300キロパスカル」と「1,000キロパスカル」の2条件で試験を行い、充放電はそれぞれ1時間で実施された。その結果、1,000キロパスカルの圧力をかけたセルでは高い容量維持率を示したが、より低い圧力下では利用可能な容量がより急激に低下することが判明した。外部圧力の付与は、電気的接触の改善や電極材料の剥離抑制に寄与すると考えられている。
また、サイクル回数の増加に伴い、低放電レートで測定した残存容量と、通常動作時に利用可能な容量との乖離が拡大することが確認された。そのため、実際のアプリケーションへの適用には、関連する動作条件下での性能評価が必要であるとしている。
試験に使用されたセルは、以下の仕様を持つポーチセルである。
- 構造：40層構成、容量25アンペア時（Ah）
- 負極：シリコンカーボン/グラファイト負極（活性物質の51%がシリコンカーボン複合体）
- 正極：ニッケルリッチなニッケル・マンガン・コバルト酸化物（NMC）正極
- 製造：Fraunhofer ISEの半自動ラインで製造
背景・業界の文脈
リチウムイオンバッテリーにおいて、シリコンリッチ負極はエネルギー密度の向上を約束する技術であり、電気自動車（EV）、航空宇宙、定置用エネルギー貯蔵などの分野で非常に魅力的な選択肢となっている。しかし、シリコンは充放電時の体積変化が大きく、それが原因となるサイクル寿命の短さが、これまで産業レベルでの導入を妨げる大きな要因となっていた。
今後の展望
今回開発されたセルは、新しい材料やセル設計、動作条件を調査するためのリファレンスとして機能する。外部圧力の最適化が寿命延長の鍵となることが示されたことで、高エネルギー密度と長寿命を両立させた次世代バッテリーの実用化に向けた重要な知見が得られたことになる。
毎週の技術動向レポートを無料でお届け
各分野の分析レポートを読む価値があるかどうか一目で判断できるインフォグラフィックをメールで受け取れます。
📢 メールマガジンに無料登録（週刊・技術動向レポート）
ご登録いただくと、Troy-Technical から週刊で技術動向レポート（メールマガジン）をお届けします。
- 取得したメールアドレス・選択分野は配信目的にのみ使用します。
- 第三者へ提供することはありません。
- 配信はいつでも解除できます（各メール下部のリンクから）。
詳しくはプライバシーポリシーをご覧ください。
登録は1分・いつでも解除できます
