51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　讲师　小林弘明

【発表のポイント】

• 次世代蓄电池「マグネシウム蓄电池」^注１に利用可能な酸化物の正极材料^注２を开発
• オールジャパンの研究チームとして技術を結集し新材料を开発
• マグネシウム蓄电池の室温における高エネルギー动作が可能に

【概要】

日常生活に欠かせない蓄电池のリチウムイオン电池^注１ですが、今后益々の需要や资源のサプライチェーンリスクの増大から、次世代蓄电池の开発が世界的に进められています。希少金属（レアメタル）のリチウムの代わりに地球上に豊富なマグネシウムを用いた蓄电池「マグネシウム蓄电池」は、安全?安価な蓄电池として注目されています。现在はマグネシウム蓄电池の高エネルギー密度^注３化を目指し研究が进められていますが、现行のリチウムイオン电池のエネルギー密度を超える正极材料の开発が大きな壁となっています。

东北大学多元物质科学研究所 小林弘明講師および慶應義塾大学 今井宏明教授らの研究チームは、マグネシウム蓄电池の正極材料として有望視されているスピネル型^注４のマグネシウムマンガン系酸化物（惭驳惭苍₂O₄）の開発を行いました。オールジャパンの研究チームとして、個々の研究機関が得意とするナノ粒子化技術、多孔質化技術などを結集した新しい材料合成技術を开発し、超多孔質かつ極小ナノ粒子スピネルの合成に成功しました。開発したスピネル材料を正極に用いることで、マグネシウム蓄电池の室温での高エネルギー動作が可能となりました。

本成果は2023年1月20日に米国化学会のナノテクノロジー専門誌ACS Nanoにオンライン掲載されました。

図1 超多孔質MgMn₂O₄极小ナノ粒子の模式図（左）と电子顕微镜像（右）

【用语解説】

注1.マグネシウム蓄电池、リチウムイオン电池
「マグネシウム蓄电池」は、负极に金属マグネシウム、正极に酸化物や硫化物を用いて繰り返し放电と充电ができる二次电池（蓄电池）。放电时は电解质中を负极から正极に电荷担体（キャリア）のマグネシウムイオンが移动する。一回の放电で使い切る一次电池は「マグネシウム电池」と呼ぶ。キャリアがリチウムイオンの电池は二次电池が「リチウムイオン电池」、一次电池が「リチウム电池」。

注2.正极材料
電池の放電時に負極から電解質を通して移動してくるイオンを受け取る電極。二次電池の場合には充電時にイオンを放出する。マグネシウム蓄电池の正極材料には、これまで硫化物材料が開発されてきた。しかし硫化物正極は動作電圧が小さいためエネルギー密度が小さく、現行リチウムイオン电池のエネルギー密度を超えることはできなかった。

注3.エネルギー密度
「エネルギー密度」は电池から取り出せるエネルギー量の単位体积または単位质量当りの値。前者は（奥丑/?）、后者は（奥丑/办驳）で表す。また単位质量あたりの取り出せるパワー、言いかえると１秒间に取り出せる最大电力量を「出力密度」と言い（奥/办驳）で表す。エネルギー密度と出力密度が电池の性能を示す指标となる。

注4.スピネル型
「スピネル」はマグネシウム（惭驳）とアルミニウム（础濒）からなる酸化物の天然鉱物で、组成は惭驳础濒₂O₄。スピネルの结晶构造をスピネル构造あるいはスピネル型の结晶构造と呼び、础叠₂O₄（础と叠は元素を表す）の组成を持つ。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
讲师　小林　弘明　（こばやし　ひろあき）
电话　022-217-5816
贰-尘补颈濒　丑.办辞产补测补蝉丑颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

东北大学金属材料研究所
构造制御机能材料学研究部门　
教授　市坪　哲　（いちつぼ　てつ）
电话　022-215-2372
贰-尘补颈濒　迟颈肠丑颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
広报情报室
电话　022-217-5198
贰-尘补颈濒　辫谤别蝉蝉.迟补驳别苍*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）

东北大学金属材料研究所　
情报企画室広报班
电话　022-215-2144
贰-尘补颈濒　辫谤别蝉蝉.颈尘谤*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫
（*を蔼に置き换えてください）