【双语资讯】提高蓄电池能量密度的新方向——抑制锂金属劣化的新方法

锂离子电池应用于电动汽车、智能电网等，是实现低碳、可持续社会必不可少的关键设备，人们对于提高其能量密度的需求日益增加。作为实现这一点的有希望的方法，人们一直在尝试将目前用作负极材料的碳材料替换为可以更有效地储存电力的锂金属，但仍未实现实用级别的稳定运行。其原因在于锂金属与电解液之间发生副反应。

リチウムイオン電池は、電気自動車やスマートグリッドなど、低炭素・持続可能社会の実現に不可欠なキーデバイスであり、その高エネルギー密度化に対する社会的ニーズが高まっている。これを実現する有望な方法として、現在負極（マイナス極）材料に使用されている炭素材料を、より電気を効率的に蓄えられるリチウム金属に置き換える試みが継続的に行われているが、実用化レベルでの安定作動の実現には至っていない。その原因として挙げられてきたのが、リチウム金属と電解液の間で起こる副反応である。

东京大学工学院等组成的研究小组通过设计削弱锂金属本身反应活性的电解液这一根本性手段，代替通过形成保护膜来抑制副反应的传统方法，在抑制锂金属劣化的同时，成功地使锂离子与锂金属之间的溶解沉积反应充分稳定地运行。

東京大学大学院などのグループは、従来の保護被膜形成によって副反応を抑制する手法ではなく、リチウム金属の反応活性そのものを弱めるための電解液設計という抜本的施策によって、リチウム金属の劣化を抑制しながら、リチウムイオンとリチウム金属の間の溶解析出反応を十分に安定動作させることに成功した。

在使用分子动力学计算和量子化学计算提取了电解液的各种特征量后，还通过机器学习评估了各特征对锂金属的反应活性的影响程度。研究结果发现，以下三点很重要：电解液中（i）锂离子密度高；（ii）采用锂和阴离子接近的结构；以及（iii）至少存在满足上述（i）和（ii）的簇区域。此外，符合这些标准的几种新型电解液的库仑效率达到99%以上，已接近实用水平。由此，显示出以锂金属为负极、且能量密度远高于现有电池的新型蓄电池的可能性，以及明确的开发指南。

分子動力学計算や量子化学計算を用いて電解液のさまざまな特徴量を抽出した上で、リチウム金属の反応活性に対する影響度を機械学習により評価した結果、電解液中に(i)リチウムイオンが高密度に存在すること、(ii)リチウムとアニオンが近接する構造をとること、および (iii)上記(i)(ii)を満たすクラスタ領域が少なくとも存在すること、の3点が重要であることが解った。また、これらの基準に合致する複数の新規電解液が、実用レベルに迫る99%以上のクーロン効率を示した。これにより、リチウム金属をマイナス極に配する形式の、現状よりはるかに高いエネルギー密度を有するさまざまな新型蓄電池実現の可能性とともに、そのための明確な開発指針が示された。

近年来，向低碳、可持续发展社会的转型已成为环境保护和经济增长并举的全球趋势，利用太阳能和风能等可再生一次能源的发电系统的引进和电动汽车的迅速普及成为世界各国的重点政策。为了实现这些政策，能够灵活接收和供应电能的蓄电技术必不可少，社会对具有更高能量密度的锂离子电池的需求也在不断增长。

近年、環境保全と経済成長の同時実現に向けた低炭素・持続可能社会への移行が世界的な潮流となっており、太陽光や風力などの再生可能一次エネルギーによる発電システムの導入や電気自動車の速やかな普及が世界各国の重点政策となっている。これらの実現には、電気エネルギーの柔軟な受給を可能にする蓄電技術が必要不可欠であり、その中でも最も優れた性能を有するリチウムイオン電池の更なる高エネルギー密度化への社会的要求が強まっている。

目前锂离子电池的负极设置有用于吸附锂离子的碳材料。如果可以去除该碳材料，并以金属形式直接沉积锂，则可以大幅提高能量密度，因此长期人们一直在进行这方面的研究。但由于锂金属的反应活性高，容易与电解液发生副反应，因此无法充分可逆地发生锂在离子与金属状态之间的沉积·溶解反应，阻碍了锂金属直接作为负极的