現在使用されている電池は、充電と放電を繰り返すことで性能が低下してしまう。一方、東京大学の研究グループは、充電により「自己修復」する電極材料を発見し、電池の長寿命化への道を拓いた。

 二次電池の電力貯蔵は、電池の心臓部である電極材料からイオンを脱離することで行われる。多くのイオンを電極材料から脱離すれば、それだけ多くの電力を貯蔵することができるが、従来の電極材料では、イオンを脱離すると不安定化して構造が変化し、性能が低下してしまう。すなわち、充電を繰り返すことで構造が劣化していき、電池の寿命を短くする原因となっていた。

 本研究では、従来の電極材料とは全く逆に、充電により安定な構造に変化する電極材料を発見した。この電極材料は、充電(イオンの脱離)を行うごとに構造の乱れが自発的に消失するといい、電極材料に大きな負荷のかかる長期間での充電と放電を繰り返しても、充電するたび自己修復が行われるためほとんど性能が落ちなかった。

 現象を詳しく解析した結果、イオンが脱離した後に生じる空孔と、物質内部に残存するイオンとの間に強いクーロン引力がはたらいていることがわかった。空孔とイオンが互いに強く引き合うことで、乱れの無い構造へと自発的に変化し、自己修復されるのだという。

 このクーロン引力を導入すれば、他の電極材料でも自己修復能力が発現する可能性がある。電気自動車や風力・太陽光発電といった環境に優しい技術の社会導入が進む中、本成果により、エネルギーネットワークで電力の貯蔵と供給を担うと目されている二次電池の長寿命化が期待される。

論文情報:【Nature Communications】Coulombic self-ordering upon charging a large-capacity layered cathode material for rechargeable batteries

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大学ジャーナルオンライン編集部

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