[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. 化粧品用シリコーン代替素材の市場について調査結果を発表
  2. パラジウム価格上昇中
  3. 風力で作る燃料電池
  4. ダイキン、特許を無償開放 代替フロンのエアコン冷媒
  5. 希少金属
  6. 高校生の「化学五輪」、2010年は日本で開催
  7. 発展が続く新型コロナウィルス対応
  8. ITを駆使して新薬開発のスピードアップを図る米国製薬業界

注目情報

ピックアップ記事

  1. クリストファー・ウエダ Christopher Uyeda
  2. 富士写、化学材料を事業化
  3. センチメートルサイズで均一の有機分子薄膜をつくる!”シンプル イズ ザ ベスト”の極意
  4. ロイ・ペリアナ Roy A. Periana
  5. 日本化学会 第103春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part1
  6. 親子で楽しめる化学映像集 その1
  7. ChemDrawの使い方 【基本機能編】
  8. 化学大手9月中間 三井化学と旭化成が経常減益
  9. ケムステV年末ライブ2023を開催します!
  10. Sulfane sulfur が生み出す超硫黄分子

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
月 火 水 木 金 土 日
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

2026ノーベル化学賞をOBが解説 –分子にも「右手」と「左手」がある? 10/31(土)14:00~15:30 県民センター(横浜駅3分) 【硤合教授ノーベル賞受賞記念】一般の方・中学生・高校生も対象に解説イベントを開催します(10/31)

bergです。2026年のノーベル化学賞が「不斉有機合成における非線形効果および自己触媒作用の発見」…

【味の素ファインテクノ】新卒採用情報(2028卒)

当社は入社時研修を経て、先輩指導のもと、実践(※)の場でご活躍いただきます。…

MEDCHEM NEWS 35-3 号「2024年度 MCS 優秀賞」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、オープンアクセ…

【速報】2026年のノーベル化学賞は「不斉有機合成における非線形効果および自己触媒作用の発見」へ

2026年のノーベル化学賞は、アンリ・カガン (Henri B. Kagan、フランス・パリ=サクレ…

柳沢 正史 Masashi Yanagisawa

柳沢 正史(やなぎさわ まさし、Masashi Yanagisawa、1960年5月…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年8月版】

2026年8月にケムステでは22本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

シュライナー チオウレア触媒/Schreiner’s Thiourea Catalyst

⏱ 30秒サマリー 何をする反応か — 2本の N–H による二座水…

タリンにいってきました BOS2026 後編

前編では、BOS2026とタリンについて、また今回訪問した理由、そして実際に講演するところまでお話し…

「そっちが切れちゃうの!?」 〜弱い結合を残し、強い結合を切断する HAT 反応の開発〜

第721回のスポットライトリサーチは、金沢大学 大学院医薬保健学総合研究科(平野研究室)博士前期課程…

SNS予想で盛り上がれ!2026年ノーベル化学賞は誰の手に?

【速報】(2026/10/7 19:10)2026年のノーベル化学賞 (速報…

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