2014年7月11日
内本喜晴 人間?環境学研究科教授、折笠有基 同助教、陰山洋 工学研究科教授、タッセル セドリック 白眉センター特定助教らの研究グループは、高輝度光科学研究センターと共同で、既存のリチウムイオン電池に置き換わることが可能な高エネルギー密度マグネシウム金属二次電池の開発に成功しました。開発した二次電池は埋蔵量の多いマグネシウム、鉄、シリコンが主な構成元素であり、低コスト化が期待されます。また、融点の高いマグネシウム金属に置き換えたことで、電池の熱的安定性が改善され、従来のリチウムイオン電池よりも飛躍的に安全性が向上します。
本研究成果は、2014年7月11日午前10時 (英国時間)付けで、Nature Publishing Groupのオンライン科学雑誌「Scientific Reports」に掲載されました。
研究者からのコメント
左から内本教授、折笠助教、阴山教授、タッセル特定助教
现在最もエネルギー密度の高い二次电池であるリチウムイオン电池は、电気自动车用电源、定置用电源としての用途への展开が期待され、さらなるエネルギー密度と安全性の向上、低コスト化が强く求められています。今回开発したマグネシウム二次电池は、正极に强固な厂颈-翱结合で构造が安定化されたポリアニオン化合物を用い、电解质として腐食が问题にならない化学的に安定なエーテル系溶媒を组み合わせています。
さらに、マグネシウム金属を负极に用いることにより、リチウムイオン电池で问题であった安全性を解决し、高いエネルギー密度（1回の充电により长时间の使用が可能）を実现することを可能にしました。この二次电池は、新しいタイプの革新型二次电池として、実用化へ向けた研究开発が加速するものと期待されます。
概要
マグネシウム二次电池は高い理论容量密度を持ち、资源量が豊富で、安全性が高いという利点から、リチウムイオン电池を超える二次电池として実用化が期待されています。しかし、二価のマグネシウムイオンは一価のリチウムイオンと比较して、相互作用が强く、固相内で拡散しにくく、电极反応が极端に遅いことが问题でした。また、マグネシウム金属を繰り返し溶解析出することが可能な、安定かつ安全に充电?放电を行うためのマグネシウム电解液が见つかっていません。つまり、マグネシウム二次电池の创製には、正极?电解液それぞれの问题点を解决する必要がありました。
本研究では、正极材料の结晶构造を精密に制御することにより、マグネシウムイオンの拡散パスを确保した惭驳贵别厂颈翱4正极材料を报告しました。この材料を用いることで既存の正极材料と比较して2倍のマグネシウムイオンを挿入脱离することが可能となりました。この材料は厂颈-翱の结合によって安定化されているため、长期间にわたって充放电を繰り返すことが可能です。さらに、マグネシウムビストリフルオロメタンスルホンイミド（惭驳（罢贵厂滨）2）とトリグライム（罢谤颈驳濒测尘别）を组み合わせた电解质によるマグネシウム金属负极の安定な动作を実証しています。なお、本研究では、大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8の高辉度放射光を用いることにより、安定で高エネルギー密度の充放电反応のメカニズムの解明に成功しました。そして、この正极と电解质にマグネシウム金属を负极として组み合わせることで、世界最高性能のマグネシウム二次电池の作製が実现しました。
図：本开発で実証した高エネルギー密度、高安全性マグネシウム二次电池
详しい研究内容について
高エネルギー密度?高安全性?低コスト二次電池の開発に成功 －リチウムからマグネシウム金属へ－?
书誌情报
[DOI]
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Yuki Orikasa, Titus Masese, Yukinori Koyama, Takuya Mori, Masashi Hattori, Kentaro Yamamoto, Tetsuya Okado, Zhen-Dong Huang, Taketoshi Minato, Cédric Tassel, Jungeun Kim, Yoji Kobayashi, Takeshi Abe, Hiroshi Kageyama & Yoshiharu Uchimoto
"High energy density rechargeable magnesium battery using earth-abundant and non-toxic elements"
Scientific Reports 4, Article number: 5622 Published 11 July 2014
掲载情报
- 朝日新聞（7月12日 5面）、京都新聞（7月12日 25面）、中日新聞（7月12日 3面）、日本経済新聞（8月12日 17面）、読売新聞（7月12日 35面）および科学新聞（7月25日 1面）に掲載されました。
