バイオマス炭素材料を使った高耐久な全有機電池を開発 －大面積パウチ電池直列モジュールの実証：全有機電池実用化へ向けて－

バイオマス炭素材料を使った高耐久な全有機電池を開発－大面積パウチ電池直列モジュールの実証：全有機電池実用化へ向けて－

2026年4月21日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇学际科学フロンティア研究所（兼）大学院工学研究科付属超临界溶媒工学研究センター　准教授　中安祐太

〇大学院工学研究科附属超临界溶媒工学研究センター　教授　渡邉贤

【発表のポイント】

植物由来のバイオマス炭素で高耐久かつ高エネルギー密度の全有机电池^（注¹^）の开発に成功しました。
実用に近いパウチ电池^（注²^）での动作実証に成功し、3000回の充放电でも容量劣化0.25%の高耐久性を実现しました。
金属を使用しない电池开発へ向けた新たな材料设计指针の提示により、资源に依存した技术からの脱却、および环境にやさしいデバイスの开発の加速が期待されます。

【概要】

全有机电池の性能は、材料そのものの性质だけでなく、有机分子と炭素材料がどれだけ适合するかによって大きく左右されます。

东北大学学际科学フロンティア研究所（贵搁滨厂）の中安祐太准教授らの研究グループは、植物由来バイオマス炭素のミクロ孔^（注³^）を有机分子の大きさに合わせて精密に调整することで、水系全有机电池の高性能化と长寿命化を実现しました。

本研究では、キノン系有机分子と炭素材料の相互作用に着目し、分子サイズに适合するミクロ孔を设计する「分子适合型ミクロ孔设计^（注⁴^）」という新たな材料设计指针を提案しました。复数の植物由来バイオマス炭素を比较した结果、同じ原料でもミクロ孔构造が异なる场合があり、「有机分子と相性の良い大きさ」のミクロ孔体积が电池性能向上の键であることを突き止めました。これは、原料の种类よりも、分子サイズに适合するミクロ孔を再现性高く形成できるかどうかが、电池性能を左右する决定的要因であることを示しています。

この设计指针に基づいて作製した炭素材料を用いた大面积パウチ电池では、3000回の充放电后も99.75%の容量を维持し、复数电池を直列接続したモジュール动作も确认されました。さらに、3骋别痴高辉度放射光施设狈补苍辞罢别谤补蝉耻^（注⁵^）を活用した电子密度相関解析により、ミクロ构造と电池特性の関係が详细に可视化され、分子と孔构造の适合が性能を左右する仕组みが明确になりました。

本成果は2026年4月20日、材料化学に関する分野の専門誌Journal of Materials Chemistry A に掲載されました。

図1. 本取り組みの概要図

【用语解説】

注1．全有机电池：正极?负极の活物质に金属ではなく有机分子を用いる电池の総称。资源制约が小さい材料设计が可能である一方、低分子材料では充放电に伴う性能劣化が课题とされている。

注2．パウチ电池：アルミラミネート等の袋状外装で密闭する电池形式。电解液量?内部构造を実用に近い形で设计することができるため、実用化前段阶の性能试験に用いられる。

注3．ミクロ孔：多孔質材料の孔の分類で、ミクロ孔は概ね2 nm未満の孔のこと。

注4．分子适合型ミクロ孔设计：扱う分子の几何学的サイズや拡散特性に合わせて、孔径分布?孔体积?アクセス性（入口やメソ孔ネットワーク）を设计するという本研究を基に提唱された设计手法。

注5．狈补苍辞罢别谤补蝉耻（ナノテラス）：东北大学青叶山新キャンパス内にある国立研究开発法人量子科学技术研究开発机构（蚕厂罢）と一般财団法人光科学イノベーションセンター（笔丑辞厂滨颁）を代表机関とする放射光施设。世界最高水準の高辉度齿线を使って物质の构造や电子状态を原子レベルで解析することが可能。

【论文情报】

タイトル：Micropore engineering of biomass-derived carbon for durable, high-loading aqueous all-organic pouch batteries
著者：Keisho Ri, Nagihiro Haba, Ryotaro Kumashiro, Ayaka Kido, Tomoya Yamada, Yuto Katsuyama, Masaru Watanabe, Kayoko Kobayashi, and Yuta Nakayasu*
*責任著者：東北大学学際科学フロンティア研究所
准教授　中安祐太
掲載誌：Journal of Materials Chemistry A
DOI:

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