リチウムイオン電池に置き換わる水系電池 ～次世代亜鉛イオン電池をナノテクノロジーで高エネルギー化～

リチウムイオン電池に置き換わる水系電池～次世代亜鉛イオン電池をナノテクノロジーで高エネルギー化～

2024年8月20日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　本间格

【発表のポイント】

安全かつ低価格な亜铅イオン电池の正极材料を开発。
マンガン酸化物材料を极小ナノ粒子化し、炭素材料との复合材料を作製。
现行リチウムイオン电池と同等以上の高エネルギー密度と高出力密度を达成可能。

【概要】

北海道大学大学院理学研究院の小林弘明准教授、松井雅树教授、东北大学多元物质科学研究所の本间格教授、カリフォルニア大学ロサンゼルス校博士后期课程の胜山涌斗氏、リチャード?ケイナーディスティングイッシュトプロフェッサーらの研究グループは、安価で安全な次世代蓄电池として注目されている「水系亜铅イオン电池」の高エネルギー化?高出力化に成功しました。

现代社会に欠かせないリチウムイオン电池の大型蓄电池としての需要が拡大しています。しかし、リチウムイオン电池は资源枯渇や资源偏在性の课题があるレアメタルを使用し、また可燃性の电解液を使用しているため、大型化の际のコストや安全性のリスクが悬念されています。现在研究开発が进められている次世代蓄电池の中で、亜铅金属を用いた电池は水系电解液を使用可能な安全性の高い低コストな电池であり、近年蓄电池化の研究が国内外で进められています。正极材料としては、マンガン酸化物が有望材料として研究开発が进められていますが、これまでの材料では高エネルギー密度の达成が困难でした。

今回、スピネル型亜铅マンガン复酸化物ZnMn₂O₄を极小ナノ粒子化し、グラフェンに担持した复合正极材料を开発しました。この材料はこれまで达成できなかった2电子反応に相当する充放电が进行し、ZnMn₂O₄重量あたり600Wh/kgの高いエネルギー密度を示しました。本材料は出力特性も优れており、今后の材料开発により、现行リチウムイオン电池と同等以上のエネルギー密度を有する安全性の高い蓄电池が构筑可能です。本技术の进展により、安価かつ安全な大型蓄电池の普及が加速され、低炭素化社会、地球温暖化対策への贡献が期待されます。

本研究成果は、2024年8月9日（金）公開のAdvanced Functional Materials誌に掲載されました。