リチウム空気電池は主に正極の多孔質炭素材料、負極のリチウム金属、セパレータ、電解液から構成されます。充放電は正極の多孔質炭素材料内に気体酸素を供給した状態で行います。

有機電解液を用いた場合、充放電の際には以下の反応が生じます。
　負極 Li　→　Li⁺　+　e^-
　正極 2Li⁺　+　O₂　+　2e^-　→　Li₂O₂
　 この式から求められる電池の標準起電力は2.96 V であり、リチウムイオン電池と同程度の電圧が期待できます。

リチウム空気電池は正極において、放電時には炭素表面でリチウムイオンと酸素が反応し固体であるLi₂O₂が析出し、充電時にはLi₂O₂の溶解反応が生じます。 反応に酸素が関わる事から、空気極は気体透過性の高いカーボンペーパーに高表面積な多孔質炭素を塗布した電極を用いることが一般的ですが、高い電極特性を得るために必要な炭素構造は未解明です。

当研究室ではカーボンゲルを用いた空気極の最適構造解明と独自のカーボンナノファイバーを原料としたシート状電極の開発に向け、研究を行っています。

カーボンゲル、カーボンナノファイバー、リチウム空気電池

1. Sakai, K.; Iwamura, S.; Mukai, S. R. Influence of the Porous Structure of the Cathode on the Discharge Capacity of Lithium-Air Batteries. J. ELECTROCHEM. SOC.2017, 164, A3075-A3080.
2. Hasegawa, T.; Mukai, S. R.; Shirato, Y.; Tamon, H. Preparation of carbon gel microspheres containing silicon powder for lithium ion battery anodes. Carbon2004, 42, 2573-2579.
3. Mukai, S. R.; Hasegawa, T.; Takagi, M.; Tamon, H. Reduction of irreversible capacities of amorphous carbon materials for lithium ion battery anodes by Li₂CO₃ addition. Carbon2004, 42, 837-842.
4. 橋本健治、向井紳、八若洋平、藤川八洲興、二次電池負極材用炭素材料及びその製造方法、特開2000-30708(P2000-30708A)、2000.1.28