多硫化イオンを”ふるい”にかける金属有機構造体をセパレーターに―長時間安定性を高めたリチウム硫黄電池を開発：産業技術総合研究所
(2016年6月28日発表)
（国）産業技術総合研究所（産総研）は6月28日、省エネルギー研究部門の周豪慎首席研究員が筑波大学大学院博士課程の学生らと共同で、安定した充放電特性を持つリチウム硫黄電池を開発した、と発表した。放電に伴い、正極から溶出して電池寿命に悪影響を及ぼすリチウム多硫化物の負極への移動を金属有機構造体（MOF）のセパレーターの”ふるい効果”で抑制したのが特色という。
正極が硫黄で負極が金属リチウムのリチウム硫黄電池は、理論的にリチウムイオン電池の2倍以上の単位重量当たりのエネルギー密度が実現でき、次世代の電気自動車用二次電池として期待されている。しかし、放電に伴い正極からリチウム多硫化物が溶け出し、この多硫化物イオンが正負極間で酸化還元反応を起こし、その繰り返しで電池容量が劣化するのが問題とされてきた。
今回、研究者がMOFに着目したのは、従来から気体分子の吸着／分離に多く使われてきたMOFの「分子ふるい」機能が同様にイオンを分離する「イオンふるい」機能としても機能するのではないかと考え、リチウム硫黄電池のセパレーターに用いた。多硫化物の溶出を防ぐのではなく、MOFを「イオンふるい」として用い、多硫化物イオンの負極側への移動を極力制限しようとしたのである。
リチウムイオンは通り抜けられるが多硫化イオンは通り抜けられない程度のミクロな孔を持つMOFを材料に使い、結晶が割れないように柔軟性を持たした複合MOFを合成して、これでセパレーターを作った。今回開発のMOFをセパレートにしたリチウム硫黄電池は1,500回充放電を繰り返しても特性が低下せず、長時間安定した充放電サイクル特性が確認された。
