充電式マグネシウム電池（RMB）は、リチウムイオン電池を凌駕するエネルギー貯蔵ソリューションとして大きな注目を集めています。これは、マグネシウムが潜在的に高いエネルギー密度を持ち、地殻に豊富に存在するためです。しかし、適切な正極材料が不足しているため、この技術の実用化は阻害されています。そこで、この問題を解決するために、科学者たちは充電式マグネシウム電池用の不規則岩塩型酸化物を設計しました。本稿では、その設計について解説します。
現在、日本の東北大学の研究者らは、RMB（リチウム金属電池）用の新しい正極材料を開発しました。研究者らは、低温下でも効率的な充放電を可能にする、改良された岩塩構造を採用しています。
彼らの研究は、岩塩構造内におけるマグネシウムの移動方法に大きな改善が見られることを示しています。この構造では原子間の距離が近いためマグネシウムの移動が困難であることから、これは重要な進歩です。研究者たちが発見した以下の重要なポイントを見ていきましょう。
「新開発の正極材を用いたマグネシウム電池は、電力網の蓄電、電気自動車、携帯電子機器など、さまざまな用途において重要な役割を果たすことが期待され、再生可能エネルギーへの世界的な移行と二酸化炭素排出量の削減に貢献するだろう」と、本研究の筆頭著者である川口智也氏は述べた。
岩塩型酸化物がRMB（リチウム金属電池）の正極材料として使用されるのは今回が初めてです。この新たな開発は、RMBにおける大きな課題の一つである、固体材料中でのマグネシウムの移動性の低さという問題にも対処しています。従来、スピネル構造を持つような従来の正極材料では、マグネシウムの移動性を高めるために非常に高い温度が必要でした。
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ハイライト
- 研究者 戦略的な 7種類の金属元素の混合 (Mg0.35Li0.3Cr0.1Mn0.05Fe0.05Zn0.05Mo0.1O).
- マグネシウムが容易に出入りできる安定した空間を多数持つ結晶構造を作り上げました。
- 研究者たちは、最初の充電時にリチウム陽イオンを取り出すと、岩塩構造に陽イオン空孔が多数生成されることを発見しました。これにより、その後のサイクルでマグネシウムが動きやすくなります。
- 東北大学の研究者らが開発した材料は 90°Cでも問題なく動作します。 比較的低温でも使用できる可能性を明確に示しています。
- 研究者らは、 新材料の可逆容量は約90 mA h g-1となる。
- さらに、10.4°C で Mg1+/Mg に対して 2.0V で 2 mA g-90 の材料で良好に動作しました。
- スピネル酸化物カソードの動作温度は 150 °C です。したがって、この温度は比較的かなり低くなります。
結局のところ、充電式マグネシウム電池用の無秩序な岩塩酸化物のこの画期的な進歩は、より効率的で環境に優しいエネルギー貯蔵ソリューションの開発にとって非常に重要なステップです。
