リグニン由来のイオン伝導性バインダーと酸素豊富配位サイトを用いた高エネルギー密度リチウム硫黄（Li-S）電池

科学分野:

• 材料科学; 電気化学; 高分子化学

背景:

• バイオベースバインダーはリチウム硫黄（Li-S）電池の電極安定性を提供するが、イオン輸送性が低いという問題がある。; 本質的な絶縁性と分散性の問題がLi+移動を制限し、反応速度を低下させ、エネルギー密度を低下させる。

研究 の 目的:

• Li-S電池の性能向上を目指し、新規リグニン由来イオン伝導性バインダーを開発する。; Li-S電池電極におけるバイオベースバインダーの限界に対処する。

主な方法:

• アルカリリグニン（AL）にムール貝模倣脱メチル化およびアミノ酸グラフト化により、リグニン由来イオン伝導性バインダー（DAL-AA）を合成した。; 酸性アミノ酸（例：ホスホセリン）がバインダー構造と材料分散に及ぼす影響を調査した。; Li+拡散、リチウムポリスルフィド変換、および電気化学的性能を評価した。

主要な成果:

• 修飾リグニンバインダーは、Li+拡散を40%改善し、リチウムポリスルフィドの変換を加速させた。; 0.5 Cで971 mAh·g⁻¹の初期放電容量を達成し、500サイクル以上の安定したサイクルを示した。; 高負荷量パウチセルは、328 Wh·kg⁻¹（重量エネルギー密度）および517 Wh·L⁻¹（体積エネルギー密度）の高いエネルギー密度を示した。

結論:

• リグニン由来イオン伝導性バインダーは、従来のバイオベースバインダーの限界を効果的に克服する。; 開発されたバインダーは、Li-S電池における電極安定性、イオン輸送、および反応速度を向上させる。; 本研究は、次世代Li-S電池用の高性能・高負荷量カソードの設計経路を提供する。