レアメタルフリーの新規電極材料開発に成功

レアメタルフリーの新規電極材料開発に
成功
2012年5月9日　物構研トピックス

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　東京理科大学の薮内直明講師、駒場慎一
准教授らの研究グループは、ナトリウム
イオン電池用電極材料としてレアメタルを
必要としない新規鉄系層状酸化物の合成に
成功しました。

　これまで駒場准教授らの研究グループは、
現在高性能電池に広く用いられている
リチウムの代わりに、資源が豊富な
ナトリウムを電気エネルギー貯蔵に利用
するという基礎研究を2005年から進めて
きました。

　今回、東京理科大学の研究グループは、
株式会社GSユアサと共同で、新規鉄系層状
酸化物の合成に成功し、鉄、マンガン、
ナトリウムを組み合わせることで
レアメタルフリーな電池用正極材料を
実現、その構造をフォトンファクトリーの
ビームラインBL-7C等で解明しました。

　ナトリウムイオン電池の陽極は、酸素と
鉄、マンガンなどの金属が層状に重なった
構造をしています（図1）。

　この層の隙間にナトリウムイオンが
出入りすることで、充放電が行われます。

　充電時に価数変化と共に層の間隔が変化
する構造相転移が観測され（図2）、これが
充電特性の向上のポイントであることが
わかりました。

　この構造変化を詳しく調べるため、
BL-7CでのXAFS（ザフス）実験を行い、
鉄原子周囲の構造が歪むように変化し、
鉄-酸素の原子間距離が劇的に近くなること
がわかりました。

　充電時に大きく価数変化しているのは
マンガンですが、鉄原子周囲の構造変化が
マンガンの価数変化を助けていると
考えられます。

　充電時のマンガンと鉄両方の価数変化・
構造変化を捉え、総合的に解釈する
XAFS実験が行えた成果と言えます。

　さらにそのエネルギー密度は、これまで
に報告されているナトリウムイオン電池用
の正極材料として最も高い値であり、
電池に求められる繰り返し特性にも優れる
ことがわかりました。

　これらの研究成果はリチウムや
コバルト、ニッケルといったレアメタルを
一切必要としない、高エネルギー密度の
蓄電デバイスの可能性について世界に
先駆けて示すものです。

　レアメタルフリーと高エネルギー密度が
両立可能なナトリウムイオン蓄電池は、
将来的には自然エネルギーの有効利用、
スマートグリッド用の定置用大型電池、
さらには電気自動車用の電源としての
実用化が期待されます。

　この成果は英国科学雑誌
Nature Materialsオンライン版に
4月29日（現地時間）に掲載されました。

プレスリリース（東京理科大学発表）

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＞これらの研究成果はリチウムやコバルト、
＞ニッケルといったレアメタルを
＞一切必要としない、高エネルギー密度の
＞蓄電デバイスの可能性について世界に
＞先駆けて示すものです。
素晴らしいですね。

＞ナトリウムイオン蓄電池は、
＞将来的には自然エネルギーの有効利用、
＞スマートグリッド用の定置用大型電池、
＞さらには電気自動車用の電源としての
＞実用化が期待されます。
期待したい。

価格はどの程度で製品化されるので
しょう？

夜間電力の有効利用に蓄電池を
使用したいと思っているのですが、
現在のリチウムイオン電池は高すぎる。
SONY製のもので\200万円です。