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低コスト電池の実用化に前進 高性能なナトリウムイオン電池のプロトタイプが完成

長崎大学大学院工学研究科森口 勇教授および5年一貫制博士課程4年小路慎二氏のグループと,東京大学大学院工学系研究科山田淳夫教授および大久保將史准教授のグループとの共同研究において,高性能なナトリウムイオン電池のプロトタイプを完成させた。

現在広く普及しているリチウムイオン電池は希少元素であるリチウムやコバルト等を使用しており,さらなる低コスト化,特定資源産出国への依存脱却のためには,リチウムをナトリウムに置換したナトリウムイオン電池の実現が急がれている。ナトリウムイオン電池のプラス極についてはナトリウムイオンを可逆的に吸蔵・放出できる化合物が既に報告されていたが,マイナス極については,急速充電、長時間の電流供給、充放電の繰り返しに対する安定性などの条件を満たす化合物が見つかっておらず,ナトリウムイオン電池のプロトタイプを作製するための障害となっていた。

今回,共同研究において合成したチタンと炭素から構成されるシート状の化合物が多量のナトリウムイオンを高速で吸蔵・放出することを発見し,ナトリウムイオン電池の長時間の電流供給を可能とするマイナス極として安定に作動できることを明らかにした。この化合物をマイナス極として,既知のプラス極と組み合わせたナトリウムイオン電池のプロトタイプを作製したところ,急速充電,長時間の電流供給,充放電を繰り返しても劣化しない安定性などの,ポストリチウムイオン電池として必要な性能を満たすことを東京大学において確認した。

このプロトタイプ電池は,ナトリウム,鉄,硫黄,酸素,チタン,炭素などの汎用元素のみで構成され,全く希少元素を使用する必要がない。今後は,本研究で示されたプロトタイプを軸とした低コストな電池の実用化が加速し,小型の携帯機器から大型の電気自動車まで幅広い用途への展開が期待される。

本研究成果は、英国の電子ジャーナル『Nature Communications』 (2015年4月2日付) 電子版に掲載された。