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    ホーム > 新着ニュース > 2015年 > 世界初、有機硫黄系材料を用いた高性能マグネシウム二次電池の開発に成功!

    世界初、有機硫黄系材料を用いた高性能マグネシウム二次電池の開発に成功!

     大学院理工学研究科 山吹一大助教、医学系研究科 堤宏守教授、理工学研究科 吉本信子准教授らの研究チームが、既存のリチウムイオン二次電池の代替として将来的に期待されている、高容量を有するマグネシウム二次電池の開発に成功しました。

     二次電池とは、充電式電池のことで、エネルギーを発生させる燃料の役割を果たす正極材料(+極)および負極材料(-極)、そして電極間のエネルギーの媒体となる電解質の3つの要素で構成されています。現在、一般的に使われている携帯電話等の二次電池には主に、正極材料にコバルト系化合物、負極材料に人造黒鉛(炭)、電解質にはリチウムイオンを使用した有機電解液が使用され、リチウムイオンが正極・負極と反応することによりエネルギーが発生しています。しかし、コバルトやリチウムは希少金属であるため、価格が高く、かつ走行距離もガソリン車に比べて短いこともあり、電気自動車等の大型蓄電の普及には課題がありました。

     この課題を解決するため、本研究では、コバルトやリチウムの代わりに、負極にマグネシウム、正極に硫黄という2つの物質を用いています。これまでの研究においても、マグネシウムは資源的に豊富で安価、電極材料に用いたときに安全性が高く、エネルギー密度(1gあたりの反応エネルギー量)も高いという利点から、リチウムイオン二次電池に替わる材料として期待されていたものの、負極材料として使用するには、高温環境が必要であったり、エネルギー密度の高い正極材料が皆無といった課題がありました。

     そこで本研究では、マグネシウム同様資源が豊富で安価、かつ高いエネルギー密度を持つ硫黄に着目しました。硫黄を化学反応させた有機硫黄を作製し、それを新規の正極材料として使用することで、上記の課題をすべて解決した、世界的にもほとんど報告例のないマグネシウム硫黄二次電池の開発に成功しました。

     このマグネシウム硫黄二次電池は、マグネシウムイオンが負極と反応することで充電され、正極と反応することで放電されます。そのエネルギー密度は、従来のリチウムイオン二次電池の約6倍で、より少ない量で多くのエネルギーを発生させることができるため、コンパクトで軽量化された二次電池の作製が可能となります。さらに、コスト・資源的な問題が解決できることで、電気自動車やソーラーパネルなどに利用する大型電池の開発が進み、普及するものと考えられます。また硫黄は、石油精製時に生じる副産物であるため、資源の有効活用といった利点もあり、様々な面で低炭素化・省エネに貢献できます。

     今後は、実用化に向けてさらなる研究を進めていき、将来は生活・医療など様々な面においてこの技術が活用されることが期待されます。さらに、太陽光発電などのクリーンなエネルギーと併用することで、より安定的で持続可能なエネルギー社会の実現を目指します。

    なお、本研究成果は、2015年8月14日に電池関連の著名な学術誌「Journal of Power Sources」に掲載されました。

    開発したマグネシウム二次電池の概念図 

     

     

    研究成果について説明する山吹助教 

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