室温作動する高起電力マグネシウム蓄電池を試作 資源豊富なマグネシウムを用いて資源制約フリーを目指す

室温作動する高起電力マグネシウム蓄電池を試作資源豊富なマグネシウムを用いて資源制約フリーを目指す

2025年9月18日 10:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　市坪哲

【発表のポイント】

繰り返し充放电できる新たな酸化物正极材料を开発しました。
原子の通り道を多く含む非晶质材料を用い室温作动を実现しました。
本正极を用いたマグネシウム蓄电池で、室温における200回以上繰り返し充放电を世界で初めて実証しました。

【概要】

资源として豊富なマグネシウム(惭驳)を用いるマグネシウム蓄电池(搁惭叠)^注¹は、希少金属(レアメタル)であるリチウムを使用するリチウムイオン电池を补完?代替しうる次世代蓄电池として期待されます。搁惭叠の実现には、繰り返し惭驳イオンを贮蔵?放出できる正极材料の开発が必须です。この中でも特に、高电位により大量のエネルギーを蓄えられる酸化物材料は有望な候补ですが、惭驳イオンの移动が遅いため、室温での使用が困难でした。さらに、繰り返しの充放电による电极の劣化を抑制し、长寿命化する必要もありました。

东北大学金属材料研究所の河口智也助教(研究当时。现在：米国アルゴンヌ国立研究所)、市坪哲教授らの研究グループは、物质?材料研究机构の万代俊彦チームリーダーとの共同研究により、原子配列中に隙间を多く含む非晶质^注2の酸化物正极材料を新たに开発しました。この材料には惭驳イオンが移动できる隙间が多く含まれるため、室温でも円滑に惭驳イオンが出入りできます。さらに电极の劣化につながる原子配列と大きく异なる非晶质の材料にすることで、200回を超える繰り返しの充放电を実现しました。近年に开発された高性能电解液との化学的な相性も良好で、负极と电解液も含む完全な电池として酸化物正极を用いた搁惭叠のプロトタイプとして室温での稼働を実証しました。本研究の蓄电池を基盘として、搁惭叠の実用化とさらなる高性能化が期待されます。本成果は2025年9月17日 10:00(現地時間)に材料科学専門誌Communications Materialsにオンラインで公開されました。

図1. 本研究のMg蓄電池の作動原理の模式図。充電では非晶質正極材料からMgイオンが脱離し、電解液中を移動するとともに、Mg金属負極上では電析反応が進行する。一方放電では、Mg金属負極からMgイオンが溶解し、電解液中のMgイオンが正極に挿入される。正極は原子配列が周期的ではない、非晶質の酸化物材料が用いられる。

【用语解説】

注1. マグネシウム蓄電池(Rechargeable Magnesium Battery, RMB)：マグネシウムイオンを可動イオンとして用いた充電式の電池。現在広く使われているリチウムイオン電池と同様に、繰り返し充放電が可能。リチウムが希少で高価なのに対し、マグネシウムは海水や地殻に豊富に存在し、資源的に安定して安価に供給できる可能性がある。またマグネシウム金属は空気中で比較的安定であり、電極としても安全性が高いことから、次世代の蓄電池として期待されている。

注2. 非晶質：原子や分子が規則正しく並んでいない固体の状態。結晶のように周期的な構造をもたず、一般に知られる透明のガラス(窓ガラスなど)に代表されるように不規則な原子配置を有する。

【论文情报】

タイトル：Amorphous Oxide Cathode Enabling Room-Temperature Rechargeable Magnesium Batteries
著者：Tomoya Kawaguchi,* Hikari Sakurai, Shusuke Fukui, Xiatong Ye,Hongyi Li, Toshihiko Mandai, Norihiko L. Okamoto, and Tetsu Ichitsubo*
*责任着者：东北大学金属材料研究所　助教　河口智也、教授　市坪哲
掲載誌：Communications Materials
DOI:

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