研究事例紹介

資源/エネルギー

蓄電池

次世代Liイオン電池

電気自動車の航続距離の飛躍的向上を目指し、高容量電池材料開発に取り組んでいます。

現行材料における吸蔵Li量の限界という課題解決に向け、電子状態制御やナノ界面制御などにより、リチウムイオンをより多く含有しても構造安定な新規正負極材料の創出を行っています。

また、有機材料の分子設計、合成技術によって高いイオン伝導性と安全性を両立した電解質開発にも取り組む事で、背反課題である「高容量」「安全性」を両立した高性能電池創出を目指しています。

次世代Liイオン電池材料の開発指針

全固体電池

さらなる安全化に向けては、電解質に固体を用いた全固体電池の開発に取り組んでいます。

全固体電池の実現には高イオン伝導度を示す固体電解質の開発が必須となっています。第一原理分子動力学計算により、Liイオンが動く領域を可視化し、モデルベースで結晶構造とLiイオン伝導経路を予測することで、良好な伝導性を示す新規固体電解質材料を短期間で見出しました。

また、高性能な全固体電池を実現するためには、新しいプロセス技術も求められ、新規材料創出と並行して開発を進めています。

計算科学により高イオン伝導度材料を見出す

新原理電池

モバイル・家電機器やウエアラブル機器に向けては高エネルギー密度・高出力の電池が求められます。また、太陽電池などの再生可能エネルギーの普及には、低コスト・大容量の二次電池が求められます。これらの用途に向けた次世代の新原理電池は、国内外の社外研究機関とのコラボレーションも活用し、開発を進めています。

例えば、Liイオンの2倍の電荷を運ぶMgイオンを用いて、高エネルギー密度で蓄電可能なMg電池の実現に取り組んでいます。現在、安定な酸化物であるリン酸窒化マグネシウム(MgPON)の材料開発により、高Mgイオン伝導度の実現に成功しました。

MgPONにより高イオン伝導度を実現[1]

水素/エネルギーシステム

純水素燃料電池

水素から直接、より高効率に、そして低コストで発電できる「純水素燃料電池」の開発に取り組んでいます。

低Pt量と高い発電効率を両立する触媒層を実現するため、触媒層のミクロスケールからマクロスケールまでの物理現象を連成した独自のマルチスケールシミュレーションにより、理想の触媒層構造を導出するとともに、それを具現化するプロセス技術の開発を進めています。

シミュレーションからの発電性能予測

電気化学式水素圧縮

将来のカーボンフリー社会に向けて、水素を高密度・高効率に貯蔵する技術の実現が期待されています。
エネファームや純水素燃料電池開発において蓄積した材料・デバイス・システム化技術を更に進化させ、水素を高効率に圧縮し、高密度に貯蔵するための電気化学式水素圧縮機を開発しています。

電気化学反応・熱流体連成
シミュレーション(ガス組成、温度、湿度など)

太陽電池

ペロブスカイト太陽電池

ペロブスカイト太陽電池は、発明から10年足らずで、普及が進むシリコン系と肩を並べるまで変換効率が劇的に向上しており、次世代太陽電池の本命として注目されています。パナソニックは太陽電池の発電コストを火力発電同等まで下げることによりクリーンな社会を実現します。

<最近の研究成果>

  • ぺロブスカイト発電層へのアルカリ金属のドーピング技術で変換効率21.6 %を達成。
  • 課題とされてる耐久性において85℃の環境下で500時間の効率維持を実現。通常の使用環境で2-3年に相当。
超軽量・低コストのペロブスカイト太陽電池