東北大学原子分子材料科学高等研究機構の磯部寛之主任研究者らの研究グループは、全固体リチウムイオン電池の新しい負電極材料を開発した。「穴あきグラフェン分子(CNAP)」と呼ぶ材料で、分子の中央にナノメートルサイズ(ナノは10億分の1)の孔が空いた大環状有機分子。黒鉛(グラファイト)を使った既存の負電極材料の2倍以上の電気容量を持つ。大環状有機分子がリチウムイオン電池の電極材料に適することを示したのは世界で初めて。

 CNAPは防虫剤などに使われているありふれた分子「ナフタレン」から作られており、この分子を環状に連ねるだけで大容量の負電極材料になることを発見した。65回の繰り返し充放電を行ってもその大容量を完全に保つ。研究グループは、分子材料内に精巧に作り込んだ細孔がCNAPの大きな電気容量の鍵になっていることを実験で突き止めた。

 リチウムイオン電池の負電極材料は長い間、グラファイトの独壇場だった。最近、グラフェンやカーボンナノチューブを使った負電極炭素材料の電気容量が2倍以上に大容量化できる可能性が示され注目されている。しかし、これらの炭素材料はさまざまな構造体が混ざっているため、大容量化の仕組みを解明することが難しく、それがさらなる大容量化の実現を阻んでいた。

東北大学
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大学ジャーナルオンライン編集部

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