電池技術：超酸化リチウムを利用したリチウム–酸素電池

最近、超酸化ナトリウムや超酸化カリウムを利用した電池が報告された。リチウム–酸素（Li–O₂）電池は、高いエネルギー密度が得られる可能性があることから盛んに研究されているが、超酸化リチウム（LiO₂）を用いた電池はまだ報告されていない。Li–O₂電池に関する数件の研究において、放電生成物の一成分としてLiO₂が過酸化リチウム（Li₂O₂）と共に形成される証拠が見いだされている。さらに、理論計算によって、一部の形態のLiO₂は長寿命である可能性が示唆されている。こうした研究は、電池用のLiO₂を単独で形成できる可能性も示唆している。しかし固体のLiO₂は、不均化に対して熱力学的に不安定でLi₂O₂が生成されてしまうため、純粋な形での合成は困難であった。今回我々は、適切なグラフェン系カソードを用いることによって、Li–O₂電池内でLiO₂結晶を安定化できることを示す。さまざまな手法で特性評価を行ったが、Li₂O₂が存在する証拠は認められなかった。カソード表面にイリジウムナノ粒子を用いた新しい鋳型成長機構が、LiO₂結晶成長の原因となっている可能性がある。今回の結果は、Li–O₂電池内に形成されるLiO₂が、非常に低い充電電位（約3.2 V）で電池を繰り返し充放電できるほど安定であることを実証している。我々は、今回の発見がLiO₂の合成方法や安定化方法につながり、LiO₂系高エネルギー密度電池の他、酸素貯蔵などの用途にもLiO₂利用の道を開く可能性があると考える。

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