[スポンサーリンク]

ケムステニュース

電池長寿命化へ、充電するたびに自己修復する電極材

[スポンサーリンク]

東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授らは、充電するたびに自己修復を繰り返し、電池性能の劣化を防ぐ電極材料を発見した。X線の照射実験で明らかにした。材料からイオンが抜け生じた「空孔」とイオンとの間に生じる引力が自己修復の原因となることも突き止めた。電池の長寿命化への貢献が期待される。 (引用:日刊工業新聞5月17日)

より高密度で高寿命な電池の開発は、材料研究において重要なトピックであり、新たな研究成果が日々発表されています。そんな中、電池の劣化を防ぐ新しい電極材料について今回取り上げました。研究を発表したのは、東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授らのグループで電極材料、電解液に加えて計算化学、反応解析と電池についてトータルに研究を行っていて、以前もケムステで研究内容を紹介したことがあります。

蓄電池は、正極と負極でイオンの授受を行うことで電気を放電、充電するものです。正極材料としては金属酸化物がよく使われていて、リチウムイオン電池ではLiCoO2などが主流となっています。この正極は層状構造をしていますが、充電の際にアルカリ金属イオンが離脱すると空孔が形成されます。すると層状構造を保っているO-O間のファンデルワールス力に影響し層が破壊されてしまいます。そのため、電池は寿命を長くするために充電に制限を設けて100%のアルカリイオンを脱離しないようにしています。充電の制限があっても正極は徐々に構造が壊れ、末期のスマホのようにすぐに電池が空になってしまう状態になっていきます。現在のところ正極の研究の主流は、高容量を持つ材料の研究であり、構造の安定化に関してはあまり報告例がないのが現状でした。

本研究で着目したのは、 Na2RuO3という酸化物で、合成後にXRDを測定したところ、ブロードなピークが観測され、乱れた積層構造をしていることがわかりました。そこでこの材料を正極の材料として簡易的なコインセルを作成し、充電と放電を行いながらXRDを測定したところ、電位の変化に応じてXRDパターンとも変化し、充電されたNaイオンが抜けている状態( Na0.5RuO3)では積層構造を、放電されてNaイオンが多く含まれている状態(Na2RuO3)では、合成直後のように乱れた積層構造をしていることがわかりました。これは、通常の蓄電池とは異なる挙動で、充電すると構造を修復していると言えます。

負極の充電時のイメージ(引用:プレスリリース

この現象について詳しく調べると、Naイオンが抜けた空孔と構造中に残存するナトリウムイオンとの間で強いクーロン引力が生まれるため、初期にはない積層構造を示すことがわかりました。さらに、なぜこの酸化物において積層構造が変わるのかについても考察していて、アルカリ金属イオンの含有量に応答して積層間の距離は変化しますが、その変化量がIrやRuといった4dや5dの遷移金属の場合では、特異的であるため構造が変わると主張しています。

実用化を考える上では、充電と放電を繰り返したときの挙動が重要になりますので、応用に関する今後の研究に期待します。またルテニウムは比較的高価な金属なので、安価な金属あるいは、高価な金属を少量添加した酸化物で同様の現象が起きれば、電気自動車を始めとするバッテリー容量が要の製品に大きな革命が起きるのではと思います。

関連書籍

[amazonjs asin=”4860435230″ locale=”JP” title=”ポストリチウムに向けた革新的二次電池の材料開発”] [amazonjs asin=”4861046475″ locale=”JP” title=”全固体電池のイオン伝導性向上技術と材料、製造プロセスの開発”]

関連リンクとケムステ過去記事

Avatar photo

Zeolinite

投稿者の記事一覧

ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

関連記事

  1. アラスカのカブトムシは「分子の防寒コート」で身を守る
  2. 第47回天然有機化合物討論会
  3. 東レ、ナノ構造制御技術を駆使した半導体実装用接着シートを開発
  4. 材料費格安、光触媒型の太陽電池 富大教授が開発、シリコン型から脱…
  5. 三共、第一製薬が統合へ 売上高9000億円規模
  6. グローバルCOE審査結果
  7. 代表的有機半導体の単結晶化に成功 東北大グループ
  8. アステラス製薬、過活動膀胱治療剤「ベシケア錠」製造販売承認取得

注目情報

ピックアップ記事

  1. クロスカップリング用Pd触媒 小ネタあれこれ
  2. スポットライトリサーチ まとめ【初回〜第200回まで】
  3. ブテンを原料に天然物のコードを紡ぐ ―新触媒が拓く医薬リード分子の迅速プログラム合成―
  4. 分子びっくり箱
  5. MI×データ科学|オンライン|コース
  6. 光学活性ジペプチドホスフィン触媒を用いたイミンとアレン酸エステルの高エナンチオ選択的 [3+2] 環化反応
  7. ムスカリン muscarine
  8. 柴崎・東大教授が英化学会メダル受賞
  9. キャロライン・ベルトッツィ Carolyn R. Bertozzi
  10. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」④

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年5月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

第61回Vシンポ「中分子バイオ医薬品分析の基礎と動向 ~LCからLC/MSまで、研究現場あるあるとその対処~」を開催します!

こんにちは、Macyです。第61回Vシンポのご案内をさせていただきます。今回は、Agilen…

水分はどこにあるのか【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

「MI×データ科学」コース 〜LLM・自動実験・計算・画像とベイズ最適化ハンズオン〜

1 開講期間2026年5月26日(火)、29日(金) 計2日間2 コースのねらい、特色近…

材料の数理モデリング – マルチスケール材料シミュレーション –

材料の数理モデリング概要材料科学分野におけるシミュレーションを「マルチスケール」で理解するた…

第59回天然物化学談話会@宮崎(7/8~10)

ごあいさつ天然物化学談話会は、全国の天然物化学および有機合成化学を研究する大学生…

トッド・ハイスター Todd K. Hyster

トッド・カート・ハイスター(Todd Kurt Hyster、1985年10月10日–)はアメリカ出…

“最難関アリル化”を劇的に加速する固定化触媒の開発

第 703回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院 理工学府 博士課程前期で…

「ニューモダリティと有機合成化学」 第5回公開講演会

従来の低分子、抗体だけでなく、核酸、ペプチド、あるいはその複合体(例えばADC(抗体薬物複合体))、…

溶融する半導体配位高分子の開発に成功!~MOFの成形加工性の向上に期待~

第702回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理学部(田中研究室)にて助教をされていた秋吉亮平 …

ミン・ユー・ガイ Ming-Yu Ngai

魏明宇(Ming-Yu Ngai、1981年X月XX日–)は米国の有機化学者である。米国パデュー大学…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP