東北大学,名古屋大学,高輝度光科学研究センター,京都大学,科学技術振興機構（JST）

2025（令和7）年10月24日

東北大学
名古屋大学
高輝度光科学研究センター
京都大学
科学技術振興機構（JST）

全固体リチウム硫黄電池の内部反応を高解像度で可視化する手法を確立

～高速充放電とサイクル安定性を阻害する因子を解明～

ポイント

全固体リチウム硫黄電池（Solid State Lithium Sulfur Battery；SSLSB）は、硫黄の高い理論容量と固体電解質の安全性を生かした次世代の蓄電デバイスです。しかし高速充放電が難しく、充放電サイクルが不安定であることが実用化への障壁となっていました。これらの課題を解決するには、充放電反応が電池内部のどこでどのように進行し、何がそれを妨げているのかを明らかにする必要があります。

東北大学 多元物質科学研究所の木村 勇太 准教授、大野 真之 准教授らの研究グループは、大型放射光施設SPring-8で得られる高輝度X線を用いたコンピューター断層撮影（CT）によって、SSLSB正極内部の充放電反応の空間分布を、マイクロメートルの高い空間分解能で可視化する手法を確立しました。可視化の結果、正極全体にリチウムイオンを行き渡らせる巨視的なスケールでのイオン輸送の遅さが、SSLSBの高速充放電と安定した充放電サイクルの両方を妨げる大きな要因であることが初めて明らかになりました。本研究で確立した可視化手法は、電池内部で実際に何が起きているかを直接捉えることを可能にするものであり、SSLSBに限らずさまざまな電池系の電極設計指針を与える重要なツールとなることが期待されます。

本研究成果は2025年10月24日（西ヨーロッパ時間）付けで、エネルギー材料分野の専門誌「Advanced Energy Materials」にオンライン掲載されました。

なお、本研究は、東北大学 多元物質科学研究所の木村 勇太 准教授、田中 舞 大学院生（当時、同 大学院工学研究科）、Jan Huebner（ヤン・ヒューブナー） 助教、雨澤 浩史 教授、大野 真之 准教授、川﨑 栞 大学院生（当時、同 大学院環境科学研究科）、東北大学 国際放射光イノベーション･スマート研究センター（SRIS）の石黒 志 准教授、九州大学の柳原 祥馬 大学院生（当時）、名古屋大学 未来材料・システム研究所の中村 崇司 教授、高輝度光科学研究センターの関澤 央輝 主幹研究員、新田 清文 研究員、京都大学 大学院人間・環境学研究科の内本 喜晴 教授らの共同研究グループにより行われました。

本研究は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ（JPMJPR23J3）、同 未来社会創造事業（JPMJMI21G3）、同 革新的GX技術創出事業（GteX）（JPMJGX23S2）、同 先端国際共同研究推進事業（ASPIRE）（JPMJAP2419）、JSPS 科研費（JP25H01958、JP23K26762）、豊田理化学研究所ライジングフェロー制度の支援を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Unraveling Asymmetric Macroscopic Reaction Dynamics in Solid-State Li-S Batteries during Charge-Discharge Cycles: Visualizing Ionic Transport Limitations with Operando X-ray Computed Tomography”
DOI：10.1002/aenm.202503863

＜お問い合わせ先＞

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