東北大学多元物質科学研究所の西原洋知准教授、京谷隆教授、大阪大学産業科学研究所の松本健俊准教授、小林光教授らの研究グループは、産業廃棄物のシリコン切粉を高性能なリチウムイオン電池負極材料にリサイクルする方法を開発した。

 リチウムイオン電池はスマートフォンやノートパソコンといったモバイル電子機器に広く用いられているが、近年ではハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの新型自動車にも搭載されるようになり、エネルギー密度(電力を貯められる量)の更なる向上が強く求められている。

 大量に生産されるシリコンウエハ(半導体の基板材料)は、生産量とほぼ同量の切り屑(シリコン切粉[きりこ])が発生し、産業廃棄物となっている。今回の研究ではこのシリコン切粉を薄いナノフレーク状に粉砕すれば、高容量でなおかつ長寿命なリチウムイオン電池の負極材料になることを見出した。さらに、このナノフレーク状シリコンは炭素と複合化することで更に性能と寿命が向上し、従来のリチウムイオン電池に使用されている黒鉛の約3.3倍の容量(1200 mAh/g)を、充放電を800回以上繰り返しても維持できることが分かった。

 全世界でのシリコン切粉の発生量は、リチウムイオン電池負極材料の世界需要を上回っており、まさに理想的な資源だ。産業廃棄物を原料に用いることに加えて、シリコン切粉のナノフレークへの粉砕や、その後の炭素との複合化には大量のシリコンでも処理できる簡便な方法を用いており、リチウムイオン電池への実装につながると期待される。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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