東京大学大学院工学系研究科化学システム工学専攻の山田淳夫教授、大久保將史准教授らの研究グループは、リチウムなどの希少元素を使用しない次世代電池の候補であるナトリウムイオン電池のプラス極を開発したと発表した。

 これまで、ナトリウムイオン電池に用いるプラス極については、遷移金属(鉄やマンガン)の酸化・還元反応により充電・放電を行う化合物が検討されてきた。しかし、充電・放電が可能な電流量は物質が含有する遷移金属の量によって低く抑制され、長時間の電力供給ができない原因であったという。

 今回、研究グループは、ナトリウムと遷移金属と酸化物イオンから構成される蜂の巣状の構造を持つ層状酸化物において、酸化物イオンの酸化・還元反応により充電・放電が可能であることを見出した。従来、この種の反応では酸素の乖離や結晶構造の変化などにより、安定した反応が生じないとされてきた。今回の研究では、蜂の巣状の構造中に生じる酸化物イオンと遷移金属の協同的な構造の歪みにより、酸化物イオンの電子同士が強く相互作用し、酸化・還元を促進する化学的状態となることが、詳細な解析により判明。得られた反応を実際にナトリウムイオン電池のプラス極として応用した結果、遷移金属からのみ電子を取り出す従来型のプラス極に比べて 1.4 倍の電気量蓄積が可能であり、また、充電・放電を繰り返しても電池の特性は全く劣化せず、非常に安定に利用できる反応であることが分かった。

 物質中に多量に含有される酸化物イオンによる充電・放電の実現により、ナトリウムイオン電池の開発が加速し、電気自動車の低コスト化や希少資源に依存する状態からの脱却が期待されるとしている。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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