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新方式二次电池「デュアルイオン电池」の开発 安価な电池の开発に向けて

掲载日:2014年3月7日

プラグインハイブリッド自动车や电気自动车、また风力や太阳光発电などの新エネルギーの利用に向けて、现在広く使用されているリチウムイオン电池よりもエネルギー密度が高い电池の开発が强く求められている。これらの性能のほか、电池には低価格で高い安全性も要求される。

© Noritaka Mizuno. 新方式電池における理想的な反応(正極としてCaFeOz (2.5 ≤ z ≤ 3)、負極としてNaを用いた場合)。図中の矢印は放電時の反応方向を示す。

东京大学大学院工学系研究科の水野哲孝教授ら研究グループは、従来の电池が抱える问题を解消するような电池の开発に取り组み、「酸素シャトル电池(酸素ロッキング电池)」という二次电池を提案し、実証してきた。しかし、これまでの「酸素シャトル电池」は安全性が高い一方で、エネルギー密度が十分ではなく、改良が求められていた。

今回、研究グループは、电池の正极として酸化鉄(滨痴)カルシウム(颁补贵别翱3)、电解质としてナトリウムイオン(狈补+)、负极として金属ナトリウム(狈补)を用いることにより、新しい作动方式である「デュアルイオン电池」の开発に成功した。

この新たな方式の电池では、正极材料中を酸化物イオン、电解质中は负极材料に合わせたイオン、すなわち2种のイオン(デュアルイオン)が移动する。今回示したようにナトリウムイオン电解质、リチウムイオン电解质など、さまざまな电解质が利用可能なため、従来のリチウムイオン电池やナトリウム电池のように负极に适した正极材料の探索は必要なく、同一の正极材料に対してリチウムやナトリウムを负极として使用することが可能となる。また、正极の材料として、今回の実証に用いたカルシウムとナトリウムの酸化物(颁补贵别翱3)など希少金属を含まない化合物が利用可能であり、従来のリチウムイオン电池で使用されてきた毒性が高く、しかも高価格なコバルトを使用せず安価に电池の作製が期待できる。

本研究は、日本学术振兴会の最先端研究开発支援プログラムの助成を受けて行われた。

论文情报

M. Hibino, R. Harimoto, Y. Ogasawara, R. Kido, A. Sugahara, T. Kudo, E. Tochigi, N. Shibata, Y. Ikuhara, N. Mizuno,
“A New Rechargeable Sodium Battery Utilizing Reversible Topotactic Oxygen Extraction/Insertion of CaFeOz (2.5 ≤ z ≤ 3) in An Organic Electrolyte,”
Journal of the American Chemical Society 136, 488-494 (2014), doi: 10.1021/ja411365z.

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